Extracción de aceite esencial por fluidos supercríticos y arrastre con vapor de cedrón (Aloysia Triphylla) en la Región Arequipa

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(1)UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN DE AREQUIPA FACULTAD DE INGENIERÍA DE PROCESOS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENÍERIA DE INDUSTRIAS ALIMENTARIAS. “EXTRACCIÓN DE ACEITE ESENCIAL POR FLUIDOS SUPERCRÍTICOS Y ARRASTRE CON VAPOR DE CEDRÓN (Aloysia triphylla) EN LA REGIÓN AREQUIPA”. Tesis presentada por: Bach. Jessica Thatiuska García Jara. Para optar el Título Profesional de: Ingeniera en Industrias Alimentarias. AREQUIPA- PERÚ 2017.

(2) DEDICATORIA. Al concluir mis estudios universitarios, y tras cada esfuerzo no solo mío, sino de aquellos que me rodean, quiero dedicar esta tesis a todas. aquellas. personas. que. estuvieron. apoyándome para que continuara adelante, pero principalmente quiero dedicarlo con mucho cariño a mis queridos padres Manuel y Demetria porque siempre me ayudaron, me comprendieron y depositaron su confianza en mí; muchísimas gracias..

(3) AGRADECIMIENTO. Al culminar mi tesis, quiero agradecer en primer lugar a Dios y a la Virgen María por haberme guiado y protegido durante toda mi vida y permitirme realizar una de mis metas más anheladas. A mi compañero de vida Elder y a toda mi familia. muchísimas. gracias. porque. me. apoyaron de una forma u otra para que yo creciera como persona. A mi asesor M. Sc. Fernando Carlos Mejía Nova por su orientación en la realización de este trabajo de investigación, gracias. A mi Escuela Profesional de Industrias Alimentarias de la Facultad de Ingeniería de Procesos, gracias por abrirme las puertas para enseñarme a desenvolverme en una sociedad cada vez más exigente..

(4) INDICE GENERAL. CAPITULO I ......................................................................................................... 1 INTRODUCCION ................................................................................................ 1 CAPITULO II ....................................................................................................... 3 REVISION BIBLIOGRAFICA ........................................................................... 3 2.1.. CEDRON ................................................................................................. 3. 2.1.1.. Definición del Cedrón ....................................................................... 3. 2.1.2.. Origen e importancia ......................................................................... 4. 2.1.3.. Clasificación científica o taxonómica ............................................... 4. 2.1.4.. Descripción botánica ......................................................................... 5. 2.1.5.. Composición química ....................................................................... 5. 2.1.6.. Propiedades y aplicación ................................................................... 7. 2.2.. ACEITES ESENCIALES ...................................................................... 8. 2.2.1.. Definición .......................................................................................... 8. 2.2.2.. Composición química de los aceites esenciales ................................ 8. 2.2.3.. Propiedades físico-químicas de los aceites esenciales .................... 10. 2.2.4.. Clasificación de los aceites esenciales ............................................ 10. 2.2.5.. Constitución de los aceites esenciales ............................................. 12. 2.2.6.. Bioquímica de los aceites esenciales............................................... 14. 2.2.7.. Aplicaciones de los aceites esenciales ............................................ 15. 2.2.8.. Localización en las plantas.............................................................. 16. 2.3.. ACEITE ESENCIAL DE CEDRON .................................................. 17. 2.3.1. Composición química del aceite esencial de cedrón (aloysia triphylla)........................................................................................................ 17 2.4.. METODOS DE EXTRACCION DE ACEITES ESENCIALES ..... 19. 2.4.1.. Destilación por arrastre de vapor .................................................... 19. 2.4.2.. Extracción con disolventes .............................................................. 21. 2.4.3.. Extracción por fluidos supercríticos................................................ 22. 2.4.4.. Extracción por microondas ............................................................. 25. CAPITULO III .................................................................................................... 26 MATERIALES Y METODOS........................................................................... 26 3.1.. LUGAR DE EJECUCIÓN .................................................................. 26. 3.2.. MATERIALES, EQUIPOS Y REACTIVOS .................................... 26.

(5) 3.2.1.. Materia prima .................................................................................. 26. 3.2.2.. Materiales de vidrio......................................................................... 26. 3.2.3.. Equipos............................................................................................ 27. 3.2.4.. Reactivos ......................................................................................... 27. 3.3.. MÉTODOS DE ANÁLISIS ................................................................. 28. 3.3.1.. Análisis Químico proximal para la Materia prima .......................... 28. 3.3.2. Análisis fisicoquímico del aceite esencial de Cedrón (Aloysia triphylla)........................................................................................................ 30 3.4.. METODOLOGÍA EXPERIMENTAL ............................................... 34. 3.4.1.. Diseño Experimental general de la investigación ........................... 34. 3.4.2.. Diagrama de flujo del proceso ........................................................ 37. CAPITULO IV .................................................................................................... 41 RESULTADOS Y DISCUSIONES.................................................................... 41 4.1.. EVALUACION FISICOQUIMICA DEL CEDRÓN ........................ 41. 4.1.1.. ANÁLISIS FÍSICO ......................................................................... 41. 4.1.2.. ANÁLISIS QUÍMICO PROXIMAL .............................................. 43. 4.2.. PROCESO DE SECADO DEL CEDRON ......................................... 45. 4.3.. PROCESO DE EXTRACCION DEL ACEITE DE CEDRON ....... 46. 4.3.1.. EXTRACCION POR ARRASTRE CON VAPOR ........................ 46. 4.3.2.. EXTRACCION POR FLUIDOS SUPERCRITICOS..................... 54. 4.4. ANÁLISIS FÍSICO QUÍMICO DEL ACEITE ESENCIAL DE CEDRÓN (Aloysia triphylla) ........................................................................ 61 4.4.1. Características organolépticas del aceite esencial de Cedrón (Aloysia triphylla)........................................................................................................ 61 4.4.2. Análisis fisicoquímico del aceite esencial de Cedrón (Aloysia triphylla)........................................................................................................ 62 4.5. IDENTIFICACIÓN DE LOS CONSTITUYENTES DEL CEDRÓN (Aloysia triphylla) ............................................................................................. 63 V. CONCLUSIONES .......................................................................................... 66 VI. RECOMENDACIONES .............................................................................. 67 VII. BIBLIOGRAFIA ......................................................................................... 68 VIII. ANEXOS .................................................................................................... 71.

(6) INDICE DE CUADROS. Pág. CUADRO N°1: Clasificación taxonómica del cedrón (Aloysia triphylla)……...(4). CUADRO N°2: Grupos funcionales de las moléculas constituyentes de los aceites esenciales………………………………………………………………………...(9). CUADRO N°3: Industrias usuarias de productos aromáticos naturales y aceites esenciales……………………………………………………………………….(15) CUADRO N°4: Análisis morfométrico de las hojas de cedrón fresco…...........(41). CUADRO N°5: Rendimiento por partes de la planta………………………….(42). CUADRO N°6: Rendimiento por el tamaño de hojas e inflorescencia………..(43) CUADRO N° 7: Análisis proximal de las hojas de cedrón……………………(44). CUADRO N°8: Control de la humedad relativa, Temperatura y Velocidad del aire……………………………………………………………………………...(45). CUADRO N°9: Parámetros del secado del cedrón……………………………(45). CUADRO N°10: Extracción de aceite esencial de hojas de mayor tamaño: rendimiento acumulado………………………………………………………...(47). CUADRO N°11: Extracción de aceite esencial de hojas de mayor tamaño: rendimiento parcial……………………………………………………………..(48).

(7) CUADRO N°12: Extracción de aceite esencial de hojas medianas: rendimiento acumulado………………………………………………………………………(49). CUADRO N°13: Extracción de aceite esencial de hojas medianas: rendimiento parcial…………………………………………………………………………..(50). CUADRO N°14: Extracción de aceite esencial de la inflorescencia: rendimiento acumulado………………………………………………………………………(52). CUADRO N°15: Extracción de aceite esencial de la inflorescencia: rendimiento parcial………………………………………………………………..(53). CUADRO N°16: Extracción de aceite esencial de cedrón…………………….(55). CUADRO Nº17: Extracción de aceite esencial cedrón………………………..(57). CUADRO Nº 18: Extracción de aceite esencial de cedrón…………………..(59). CUADRO N° 19: Análisis organoléptico del aceite esencial de cedrón………(61) CUADRO N°20: Análisis fisicoquímico del aceite esencial de cedrón……….(62). CUADRO N°21: Determinación cualitativa y cuantitativa de los componentes volátiles del aceite esencial de cedrón (Aloysia triphylla)…………………….(64).

(8) INDICE DE FIGURAS. Pág. Figura N°1: Planta de cedrón (Aloysia triphylla)……………………………….(3) Figura N°2: Algunos componentes de la hoja de cedrón……………………….(6) Figura N°3: Isómeros geométricos del citral: geranial y neral………………..(17) Figura N°4: Isómeros ópticos del limoneno…………………………………..(19) Figura N°5: Diagrama de fases de una sustancia pura………………………...(24). Figura N°6: Diseño experimental general de la investigación………………...(34). Figura N°7: Diseño para la extracción con fluidos supercríticos……………...(35) Figura N°8: Diseño para la extracción por arrastre con vapor………………...(36). Figura N°9: Diagrama de proceso para la obtención del aceite esencial de cedrón…………………………………………………………………………..(37). Figura N°10: Curva de secado: Tiempo vs Humedad…………………………(46). Figura N°11: Rendimiento del Volumen acumulado vs Tiempo……………...(47). Figura N°12: Rendimiento del Volumen Parcial vs Tiempo………………….(48). Figura N°13: Rendimiento del Volumen acumulado vs Tiempo……………...(50).

(9) Figura N°14: Rendimiento del Volumen parcial vs Tiempo………………….(51). Figura N°15: Rendimiento del Volumen acumulado vs Tiempo……………...(52). Figura N°16: Rendimiento del Volumen parcial vs. Tiempo…………………(53). Figura Nº17: Rendimiento de la masa parcial de aceite esencial de cedrón por fluidos supercríticos…………………………………………………………….(55). Figura Nº18: Rendimiento de la masa acumulada de aceite esencial de cedrón por fluidos supercríticos………………………………………………………..(56). Figura Nº19: Rendimiento de la masa parcial de aceite esencial de cedrón por fluidos supercríticos…………………………………………………………….(57). Figura Nº20: Rendimiento de la masa acumulada de aceite esencial de cedrón por fluidos supercríticos…………………………………………………………….(58). Figura Nº21: Rendimiento de la masa parcial de aceite esencial de cedrón por fluidos supercríticos…………………………………………………………….(59). Figura Nº22: Rendimiento de la masa acumulada de aceite esencial de cedrón por fluidos supercríticos…………………………………………………………….(60). Figura. N°23: Cromatograma del. aceite. esencial de cedrón (Aloysia. triphylla)………………………………………………………………………..(65).

(10) LISTA DE ANEXOS. Anexo I: PLANTA DE CEDRON. - Constancia de la Escuela Profesional y Académica de Biología. Anexo II: ANALISIS MORFOMETRICO DE LAS HOJAS DE CEDRON. Anexo. III:. RESULTADO. DE. LOS. ANALISIS. FISICOQUÍMICOS. REALIZADOS AL CEDRON. - Informe de ensayo físico químico: Hojas de cedrón - Informe de ensayo fisicoquímico: Aceite esencial de cedrón - Certificado de la cromatografía del aceite esencial de cedrón. Anexo IV: ANALISIS ESTADISTICO. Anexo V: FOTOS.

(11) RESUMEN. En la presente investigación se ha estudiado la extracción y caracterización del aceite esencial de cedrón (Aloysia triphylla) utilizando dos métodos de extracción; fluidos supercríticos y por arrastre con vapor, buscando la mejor calidad de sus constituyentes.. Para ello en primer lugar se realizó una caracterización fisicoquímica a la materia prima resultando adecuado para seguir con el proceso.. En segundo lugar se realizó el proceso de secado logrando una humedad de conservación de 11% en promedio para trabajar y dar inicio al proceso de extracción del aceite esencial de cedrón el cual se efectuó por dos métodos los cuales son por arrastre con vapor y por fluidos supercríticos obteniendo de cada uno diferentes rendimientos. Posteriormente se efectuó un análisis estadístico determinando por el método de arrastre con vapor que el mejor rendimiento promedio por tamaño de las hojas se obtuvo en la inflorescencia y por el método de fluidos supercríticos el mayor rendimiento promedio fue de la M3.. En tercer lugar se realizó el análisis Fisicoquímico al aceite esencial de cedrón obtenido mostrando una densidad relativa 0.92 g/mL, solubilidad 96%, índice de refracción 1.490.. Finalmente se realizó la Identificación de los constituyentes mediante cromatografía de gases/ espectrofotometría de masas (CG/EM), siendo el citronellal, neral, geranial, citronellol y limoneno los componentes más representativos del aceite esencial de cedrón.. Palabras clave: Caracterización, extracción, aceite esencial, cromatografía..

(12) CAPITULO I INTRODUCCION. En nuestro País se producen importante cantidad de hierbas aromáticas las cuales en su mayoría cuentan con beneficios para la salud especialmente como antioxidantes y como controladoras de dolencias cotidianas. El cuidado de la salud es una preocupación cada vez más importante para la mayoría de las personas a nivel mundial. Actualmente, la industria de aceites esenciales extraídos de plantas aromáticas viene transformándose en una de las áreas de investigación y de desarrollo agroindustrial importante por su gran utilidad en diversos ámbitos tales como la fabricación de los perfumes, productos cosméticos, saborizantes, en la industria alimentaria y farmacéutica. Además existe una creciente demanda por parte del consumidor, ya que exige alimentos de calidad con mayor capacidad de conservación, por lo que se hace cada vez necesaria la eliminación de aditivos sintéticos sustituyéndolos por productos naturales con menor impacto contra el ambiente, siendo los aceites esenciales una alternativa a esta situación. Las hojas de cedrón cuyo nombre científico es Aloysia triphylla, posee en su composición aceites esenciales entre los que se destacan el citral (38-40%) y el limoneno (7-11%). Ambos compuestos poseen propiedades antibacterianas, anticancerígenas, antiespasmódicas, fungicidas y expectorantes. El citral como componente mayoritario se caracteriza por tener un fuerte olor a limón además es materia prima para la síntesis de iononas (degradación de. 1.

(13) carotenoides), vitaminas A y E, así como también un ingrediente importante en la industria de alimentos y perfumes. Para la obtención de estos aceites esenciales se pueden usar diferentes métodos de extracción, en esta investigación se utilizó dos métodos como es la extracción por fluidos supercríticos y la destilación por arrastre a vapor, con la finalidad de evaluar el rendimiento y la calidad final del aceite esencial a obtener.. Por ello se plantea los siguientes objetivos específicos:. 1.. Evaluación físico química del Cedrón.. 2.. Determinar los parámetros de extracción haciendo uso del método por arrastre con vapor del aceite esencial de cedrón.. 3.. Determinar los parámetros de extracción haciendo uso del método de Fluidos Supercríticos del aceite esencial de cedrón.. 4.. Evaluar las características fisicoquímicas del aceite esencial de cedrón obtenido.. 5.. Determinar los constituyentes del aceite esencial de cedrón mediante cromatografía de gases.. 2.

(14) CAPITULO II REVISION BIBLIOGRAFICA. 2.1. CEDRON 2.1.1. Definición del Cedrón El Cedrón (Aloysia triphylla) es un arbusto que crece en forma natural, puede medir más de 1.50 m de altura, es muy olorosa, de hojas opuestas y trifoliadas, con flores blancas y verdosas. Sus frutos son drupas pequeñas, de color verde y sus semillas son de color gris.. FIGURA N°1: Planta de cedrón (Aloysia triphylla). Fuente: Muñoz, 2002..  Nombres comunes: Cidrón (Colombia), María Luisa (Puerto Rico), Cedrón (México), Lemon Verbena, (Sudáfrica), Verbena de las Indias (Europa), Luisa, Hierba Luisa (España).  Nombre científico: Aloysia triphylla L´Herit. Sinónimos: Lippia citriodora (O.et P.), Lippia triphylla (L'Herit) Kunze, Aloysia citridodora O. et. P., Verbena triphilla L'Herit, Aloysia sleumeri Mold (Muñoz, 2002).. 3.

(15) 2.1.2. Origen e importancia Esta planta es originaria de la región montañosa de Argentina (Catamarca, La Rioja, Salta), Chile y Perú, en donde se la puede encontrar silvestre. Se la cultiva en numerosas partes del mundo: América, desde Estados Unidos hasta la Argentina; Europa, en el sur; África, en el norte y en el sur (Pomilio et al., 1985). La Aloysia triphylla es una hierba astringente y aromática, rica en aceites volátiles, que posee propiedades antiespasmódicas, es un analgésico local, carminativa, antiséptica y es ligeramente sedante. Además, se usa para controlar el vértigo, náuseas, insomnio, flatulencia, dispepsia, desordenes neuronales leves, para apaciguar la congestión nasal y bronquial, alivia la hinchazón de ojos. Es recetada para diferentes tipos de alteraciones nerviosas, especialmente la ansiedad, ya que en muchos casos, se consiguen mejores resultados con infusiones de esta planta, que con algunos tranquilizantes químicos, que generan efectos secundarios. Es un ingrediente común en repelentes de insectos, ya que su aceite esencial posee propiedades insecticida y bactericida (Bandoni, 2000).. 2.1.3. Clasificación científica o taxonómica. CUADRO Nº1: Clasificación Taxonómica del cedrón (Aloysia triphylla).. Reino. Plantae. División. Magnoliophyta. Clase. Magnoliopsidae. Subclase. Asteridae. Orden. Lamiales. Familia. Verbenaceae. Género. Aloysia. Especie. Aloysia triphylla (L.Her.) Britt.. Fuente: Pensiero y col., 2002.. 4.

(16) 2.1.4. Descripción botánica El Cedrón (Aloysia triphylla) es un arbusto perenne, su nombre “triphylla” se debe a que sus hojas simples, rugosas e insertadas en cada nudo, están reunidas en vértices de tres; sus hojas pueden medir de 4 a 10 cm. de longitud por 0.5 a 2 cm. de ancho; sus flores son pequeñas, blancas por fuera y violáceas por dentro (Muñoz, 2002). Los cultivos pueden durar hasta 15 años y se ubican en lugares soleados o en semisombra; se ha observado, que la concentración de aceite esencial en las hojas aumenta con iluminación solar alta; y disminuye en las plantas que crecen bajo la sombra (Pomilio et al., 1985). La planta se adapta bien en climas templado y templado-cálido. Con frío riguroso suele perder las hojas. Prospera bien en buenos suelos, de consistencia media, sueltos, permeables, profundos, con pH entre 6.5 y 7.2, más bien frescos, pero no húmedos, pues el exceso de agua favorece la podredumbre de raíces (Muñoz, 2002). Se reproducen por división de matas, acodos, o estacas. La multiplicación por semillas no se realiza debido a su escaso o nulo poder germinativo. Se pueden hacer enraizar en vivero o llevarlas al campo. En el invierno se secan y caen pero florecen en otoño y verano (Muñoz, 2002).. 2.1.5. Composición química La fracción volátil es la característica más destacada del cedrón. Su rendimiento en aceite esencial fluctúa entre 0.2 y 1.0% dependiendo de diversos factores endógenos y exógenos. El principal componente de la calidad habitual del cedrón es el citral (mezcla de los isómeros geranial y neral) Fig N°2. El rendimiento mínimo requerido de aceite esencial en la Farmacopea Francesa X (1996) es de 0.4%. Existe también una norma IRAM-SAIPA (1970) para su esencia, donde se exige un contenido de compuestos carbonilicos expresados como citral de 20 al 40% (Dellacassa y Bandoni, 2003). La esencia del cedrón ya fue citada por Gunter en su histórico tratado de aceites esenciales, aunque no ha tenido demasiada difusión en la industria de fragancias y sabores, por sus posibles efectos adversos sobre la piel.. 5.

(17) En cuanto a otros compuestos identificados en el cedrón, destacan los flavonoides como. salvigenia,. eupafolina,. cirsiol, eupatorina, hispidulina, apigenina,. diosmetina, 7-O-glucosil-luteolina, y 7-O-diglucuronil-luteolina. Además, el cedrón contiene irioides heterosidicos, como el acidogeniposidico; derivados del acidohidroxicinamico (7%), especialmente verbascosido (5%) y mucilagos, taninos y alcaloides, nonanal y fitoesteroles.. FIGURA Nº 2: Algunos componentes de la hoja de cedron. Fuente: Dellacassa y Bandoni, 2003. 6.

(18) 2.1.6. Propiedades y aplicación En Ecuador el cedrón es muy usado habitualmente para tratar dolores abdominales,. por. lo. que. se. le. atribuyen. propiedades. carminativas,. antiespasmódicas, digestivas, etc.; además, suele ser usado para calmar los nervios. Las hojas del cedrón se usan como digestivas, diuréticas y antiespasmódicas debido a su aceite esencial. Se ha sugerido la actividad antidiarreica de algunos de sus componentes. Es un sedante suave, con antecedentes de su uso tradicional en Argentina, Brasil y Uruguay como ansiolítico y contra el insomnio. Digestivo posiblemente debido a la presencia de ácidos clorogénicos (alrededor del 7%). Popularmente, también se emplea como cardiotónico y estimulante en Paraguay, para problemas respiratorios en Bolivia, y como emanagogo en Brazil. Se ha reportado una posible aplicación del aceite esencial en odontología, por su acción contra algunas bacterias responsables de la aparición de la caries. El contenido de taninos, aunque relativamente bajo, podría tener un leve efecto sobre la biodisponibilidad de algunos oligoelementos en el organismo como Fe, Cu, Zn. La infusión de las hojas se utiliza en Bolivia para el “susto”, indicándose que al mismo tiempo han de aplicarse al paciente paños de agua caliente y debe quedar en el cuarto en el que está, medio oscuro. La misma infusión se emplea para el nerviosismo, histerismo, opresión del corazón, y para combatir las mordeduras de animales venenosos. Es una especie de amplio uso en la alimentación, tanto en América como en Europa occidental. Las hojas frescas se emplean como saborizante: por su aroma limonado se usan en las ensaladas de frutas, jaleas, postres y como infusión servida fría o caliente y azucarada, por su aroma y sabor a limón. Se le utiliza de esta manera en toda Latinoamérica, USA y Europa occidental. En Argentina se emplea para elaboración de mistelas, licores elaborados con alcohol, azúcar y algún colorante más agregado de algunas hierbas aromáticas, y en algunas oportunidades se les agrega canela o clavo de olor. La esencia de esta planta ha sido utilizada esporádicamente en perfumería, aunque en la actualidad existen ciertas limitaciones en cuanto al contenido aceptable para su empleo (Dellacassa y Bandoni, 2003). 7.

(19) 2.2. ACEITES ESENCIALES. 2.2.1. Definición. Los aceites esenciales son mezclas de componentes volátiles, producto del metabolismo secundario de las plantas; en su composición química entran hidrocarburos del grupo de los terpenos, junto con compuestos oxigenados de bajo peso molecular (alcoholes, aldehídos, cetonas, ésteres y ácidos), que son los que les dan a los aceites esenciales el aroma que los caracteriza (Stashenko et al.,1998). Los metabolitos secundarios volátiles tienen una distribución restringida en la naturaleza, la cual se limita a ciertas plantas llamadas “aromáticas”, en algunos casos, a solo algunas especies o subespecies, por lo que son consideradas como una manifestación individual del organismo que las contiene y se les atribuye una gran variedad de funciones específicas, por lo que éstos deben tener algún significado biológico, ya que son biosintetizados y biodegradados (Bandoni, 2000). Los aceites esenciales se acumulan en estructuras secretoras especializadas ubicadas en diferentes partes de la anatomía de las plantas; por ejemplo, se biosintetizan en los tricomas glandulares (hojas) o en glándulas (cáscaras), en las plantas se pueden ubicar en general, en pelos glandulares del tallo y hojas (menta, lavanda, salvia), en las células modificadas del parénquima como en las piperáceas (pimienta), en tubos oleíferos (canela), en tubos esquizógenos (anís, hinojo), o canales lisígenos (pino), entre otros (Bandoni, 2000).. 2.2.2. Composición química de los aceites esenciales. La composición química de los aceites esenciales es muy compleja, los metabolitos secundarios volátiles se pueden clasificar en base a los grupos funcionales que contienen sus moléculas, como se muestra en el cuadro N°2.. 8.

(20) CUADRO N°2: Grupos funcionales de las moléculas constituyentes de los aceites esenciales. GRUPO. NATURALEZA. FUNCIONAL. QUIMICA Terpénicos. Limoneno, αterpineno. Aromáticos. Cumeno, ρcimeno trans-βCariofileno Citral. HIDROCARBUROS. Sesquiterpénicos Monoterpénicos ALDEHÍDOS. Alifáticos Aromáticos Monoterpénicos. ALCOHOLES Alifáticos Sesquiterpénicos. FENOLES. EJEMPLO. Aromáticos Aromáticos. Nonanal, octadenal Cinamaldehido Geraniol, citronelol 3-Decanol Espatulenol, cedrol Alcohol bencílico Timol, carvacrol. Fuente: Díaz, 2007.. Según Bandoni (2000), respecto a la formación y evolución de los aceites esenciales en las plantas es necesario tener en cuenta algunos aspectos externos, que pueden afectar la composición química de las esencias de manera cualitativa y cuantitativa, entre ellos, se pueden destacar los siguientes: condiciones geobotánicas (clima, altitud, tipo de suelo, pluviosidad), labores culturales (uso de fertilizantes, abonos y pesticidas), parte y estado de desarrollo fenológico de la planta, época de recolección, modo de almacenamiento y manejo del material vegetal (fresco, seco, fermentado, tratamiento postcosecha), modo de obtención del aceite (destilación o expresión).. 9.

(21) 2.2.3. Propiedades físico-químicas de los aceites esenciales Tienen la propiedad en común, de generar diversos aromas agradables y perceptibles al ser humano, pero siempre pronunciados y penetrantes, que nos recuerdan el olor del vegetal del que provienen. Poseen un color en la gama del amarillo, hasta ser transparentes en algunos casos. Tienen sabor cáustico, acre e irritante y a veces aromático, dulce y delicado (Cerpa, 2007; Albarracín y Gallo, 2003; Bandoni, 2000). Según su consistencia los aceites esenciales se clasifican en esencias fluidas, bálsamos y oleorresinas. Las esencias fluidas son líquidos volátiles a temperatura ambiente. Los bálsamos son más espesos, son poco volátiles y propensos a sufrir reacciones de polimerización. Las oleorresinas tienen el aroma de las plantas en forma concentrada y son típicamente líquidos muy viscosos o sustancias semisólidas. A condiciones ambientales, son líquidos menos densos que el agua, pero más viscosos que ella. Son solubles en los disolventes orgánicos comunes. Casi inmiscibles en disolventes polares asociados (agua, amoniaco). Tienen propiedades de solvencia para los polímeros con anillos aromáticos presentes en su cadena (Albarracín y Gallo, 2003; Cerpa, 2007). Los aceites esenciales no son inocuos mientras la dosis suministrada no supere los límites de toxicidad. Y son aceptados como sustancias seguras (GRAS) por la Agencia de Drogas y Alimentos (FDA) de E.E.U.U. (Cerpa, 2007).. 2.2.4. Clasificación de los aceites esenciales Según Grunfeld (1960), los aceites esenciales se pueden clasificar de la siguiente manera:. 2.2.4.1 Por su composición elemental - Aceites esenciales pobres en oxígeno: (ricos en terpenos) Como los aceites esenciales de trementina, limón, bergamota, romero, eucalipto, Ciprés (Cupressus sempervirens), tomillo, laurel, naranja, etc.. 10.

(22) - Aceites esenciales ricos en oxígeno: Como los aceites esenciales de anís, hinojo, comino, menta, manzanilla, rosas, violeta, etc. - Aceites esenciales sulfurados: Como los aceites esenciales de ajo, cebolla, mostaza, etc. (Grunfeld, 1960).. 2.2.4.2 Por su punto de Ebullición: - Aceites esenciales fijos: Son comúnmente llamados “fijadores” su frecuencia ondulatoria es muy amplia, y su peso molecular generalmente elevado. Se incluye en este grupo a los productos balsámicos y a los aceites resinosos.. - Aceites esenciales persistentes: Son más volátiles que los anteriores. Su acción dura varios días e imprime un carácter especial a los perfumes (Grunfeld, 1960).. 2.2.4.3 Por su origen:. - Aceites esenciales naturales: Se obtienen directamente de la naturaleza, generalmente son de origen vegetal, aunque pueden ser de origen animal. Pueden ser productos de secreción o de algunos estados patológicos.. - Aceites esenciales sintéticos: Son productos de síntesis orgánicas y pueden obtenerse a partir de los componentes obtenidos de los diversos aceites esenciales, como de compuestos ajenos a estos. Pertenecen a este grupo las yanonas con olor a violeta, que son muy empleadas en perfumería.. - Aceites esenciales artificiales: Son la mezcla de los dos anteriores, son de aroma análogo al de los aceites naturales. Se les clasifica en dos subgrupos: los productos extraídos a partir de aceites esenciales; caso de geraniol, acetol y mentol y los obtenidos por síntesis química, caso de la vainilla, la hemotropina (Grunfeld, 1960).. 11.

(23) 2.2.5. Constitución de los aceites esenciales. Según Braverman (1980), los aceites esenciales están constituidos por muchas clases de compuestos químicos, algunos con un solo componente en alto porcentaje y otros por mezclas complejas de compuestos acíclicos, aromáticos, etericíclicos, y sus derivados oxigenados, etc.. Químicamente la mayor parte de todos los aceites esenciales consisten en terpenoides, sus derivados oxigenados y una pequeña cantidad de residuos no volátiles (estearoptenos). Dada esta definición, los carotenoides pertenecerían a este grupo, de hecho numerosos textos clasifican a los carotenoides como un grupo especial de sustancias terpenoides. Algunos compuestos aromáticos de los aceites esenciales: aldehídos y esteres tienen una estructura lineal. Pero se da el caso, de que todos los aceites esenciales pertenecen a la clase terpenoides, cuyos miembros más simples son los terpenos de formula general C10 H16.. Según esta clasificación la vitamina A es un diterpeno y los carotenoides, que tienen todos 40 átomos de carbono, tetraterpenos. El caucho, un polímero mayor con estructura isopnoide, sería un politerpeno. En los mono, esquí, di, y serterpenoides, las unidades isoprenicas se encuentran unidas cabeza a cola. En los triterpenos, dos estructuras sesquiterpenoides están vinculadas cola a cola (Husnu, 2007).. La cadena puede ser abierta (terpenos acíclicos) o cerrada con uno o varios anillos (terpenos cíclicos). Los nombres por lo que se designan a los terpenoides sugieren su fuente natural más común, con un sufijo adicional que designa la función química principal de la molécula. No se emplean los nombres sistemáticos. Así, el mentano es un alcano saturado, el limoneno es un alqueno (contiene dobles ligaduras), el mentol es un alcohol, la carvona es una cetona y el citral es un aldehído.. 12.

(24) 2.2.5.1 Terpenoides Los terpenos forman una amplia familia de compuestos químicos; estrictamente hablando, son hidrocarburos cíclicos y acíclicos cuyas formulas moleculares son múltiplos del isopreno C5H8. Generalmente se extiende tal definición para incluir alcoholes, aldehídos, cetonas y otros derivados, que poseen el mismo esqueleto carbonado del hidrocarburo terpenico fundamental; semejantes compuestos son llamados más propiamente terpenoides, término que se aplica también a los terpenos propiamente dichos.  Monoterpenoides: Estas sustancias constituyen un importante grupo de hidrocarburos, alcoholes y cetonas, que son los componentes mayoritarios de los aceites esenciales obtenidos de las hojas, raíces y cortezas de varias plantas. Pueden subdividirse en tres clases según posean o no anillos: - Monoterpenoides Acíclicos: La estructura de los compuestos incluidos en este grupo se basa, salvo algunas excepciones, en el esqueleto del 2,6-dimetil octano.. - Monoterpenoides Monocíclicos: La gran mayoría de estos compuestos poseen esqueletos carbonados derivados del p-mentano.. - Monoterpenoides Bicíclicos: Los principales hidrocarburos y derivados oxigenados monoterpénicos bicíclicos poseen esqueletos bicarbonados del tipo de los hidrocarburos saturados: Tuyano, pinano, canfano, etc. El α-pineno es uno de los más importantes por su gran disponibilidad y el gran número de productos obtenidos a partir de él. Está muy distribuido en la naturaleza y es uno de los componentes principales de los aceites esenciales de las coníferas.. 13.

(25)  Sesquiterpenoides: Este grupo de terpenoides puede considerarse como constituido por tres moléculas de isopreno. Los hidrocarburos sesquiterpénicos, son con frecuencia constituyentes de los aceites esenciales y a semejanza de los monoterpenoides suelen ser líquidos a las temperaturas ordinarias. Entre los derivados oxigenados se han encontrado alcoholes, epóxidos y cetonas sesquiterpénicas. (Kubeczka, 2002).. 2.2.5.2 Sustancias oxigenadas. Son las primeras portadoras de los olores específicos de los aceites esenciales. Se trata principalmente de alcoholes, aldehídos, cetonas y esteres, entre estas sustancias hay compuestos saturados y no saturados, alifáticos y aromáticos, terpénicos y sesquiterpénicos.. 2.2.5.3 Estearoptenos. Después de su obtención por destilación en vapor en todos los aceites esenciales se encuentra una cantidad considerable de residuo no volátil; dejando en reposo a los aceites mucho tiempo, se separan de las mismas sustancias semejantes a la cera. Estos residuos reciben el nombre de estearoptenos. Algunos de los estearoptenos son probablemente derivados de las sustancias flavonoides normalmente existentes en los tejidos vegetales en intima proximidad con los sacos o glándulas que contienen aceite.. 2.2.6. Bioquímica de los aceites esenciales Los aceites esenciales ricos en oxigeno muchas veces llegan a ser inactivos, su índice de refracción es generalmente elevado, recién obtenidos los aceites esenciales son de reacción neutra pero con el tiempo pasan a ácida. Por lo general los aceites esenciales no se mezclan con el agua, pero se disuelven en ella lo suficiente como para comunicarle su olor, en cambio son solubles en alcohol, éter y la mayoría de disolventes orgánicos (Braverman, 1980). 14.

(26) 2.2.7. Aplicaciones de los aceites esenciales El tipo de aceite esencial y su calidad, determinan en qué producto final será incorporado un aceite. Los aceite esencial son ampliamente utilizados como materia prima en diferentes tipos de industria, cosmética, alimenticia, bebidas, textil, etc., mientras que otras industrias pueden usar productos aislados de esencias, como es el caso de la industria farmacéutica (Biocomercio Sostenible, 2003). El cuadro N°3 proporciona una visión general del uso del aceite esencial en las diferentes ramas de consumo.. CUADRO N°3: Industrias usuarias de productos aromáticos naturales y aceites esenciales.. INDUSTRIAS. APLICACIONES. Alimenticia. Licorera. Salsas, condimentos, bebidas refrescantes, alimentos procesados y enlatados Aperitivos y saborizantes. Cosmética. Perfumes, dentífricos, cremas, lociones. Farmacéutica. Veterinaria, antisépticos, analgésicos, aromaterapia y homeopatía. Desodorantes, desinfectantes del ambiente y jabones.. Uso domestico Agroquímica. Bioinsecticidas y aleloquímicos. Textil. Elaboración de enmascaradores de olores y tratamiento con mordientes después del teñido Utiliza esencias o terpenos derivados de ellas como vehículos flotantes y lubricantes. Enmascaradores de olores disolvente biodegradable. Precursores químicos, por ejemplo citral, safrol, trementina.. Petroquímica y minería Pinturas Química Fina. Fuente: Díaz (2007) 15.

(27) 2.2.8. Localización en las plantas Los aceites esenciales se extraen de los desechos del metabolismo vital en las plantas. Están localizados en diferentes partes de la planta, variando con ello las cantidades y el tipo de aceite. Se encuentran en raíz, tallo, hojas, frutos, flores, semillas, etc. Otros factores que influyen son la familia, variedad, condiciones de suelo, clima y cultivo, luminosidad, etc. Estas esencias están en células especiales, bolsas o canales de secreción, células terminales de las vellosidades, sobre la superficie de las hojas, también pueden estar en glándulas situados en corteza, hojas, pétalos, tallos, etc. Su olor y sabor es característico de la parte de donde provienen (Alzamora, 2001).  Ejemplo de Localización: - Hojas: Eucalipto, yerba luisa, lúpulo, orégano. - Frutos: Naranja, toronja, fresa. - Semillas: Comino, hinojo, anís. - Flores: Manzanilla, rosas, jazmín. - Raíces: Jengibre, espárrago de Argelia. - Tallo: Canela.  Características físicas: - Olor pronunciado y penetrante. - Sabor caustico, irritante y a veces aromático. - Volátiles, de aspecto oleoso, líquidos a temperatura ambiente, solubles en alcohol absoluto, en éter de petróleo, en el sulfuro de carbono y demás disolventes orgánicos; insolubles en agua. - Peso específico: 0,8 – 2,0 a temperatura de 15°C. - Punto de ebullición: 80 – 300°C. - Índice de refracción: 1,45 – 1,46 - Se alteran fácilmente bajo la acción de la luz, tornándose oscuros o amarillos y modificándose su perfume. Esto se debe a los terpenos.. 16.

(28) Las características físicas de solubilidad y volatilidad de los aceites esenciales son muy importantes, como en el caso de la preparación de mezclas de perfumería donde deben utilizarse esencias que tengan características semejantes.. 2.3. ACEITE ESENCIAL DE CEDRON 2.3.1. Composición química del aceite esencial de cedrón (aloysia triphylla). Si bien la composición química del cedrón es compleja y varía en función del órgano o parte de la planta estudiados, múltiples estudios reflejan que la variabilidad se puede atribuir en gran medida a factores intrínsecos de quimiotipo (estado de desarrollo fenológico de la especie, parte de la planta estudiada, etc.), y a factores de naturaleza extrínseca (condiciones climáticas, labores culturales, tratamiento de postcosecha, etc.) además de los métodos y condiciones de extracción usados (Zeng Yueqin, 2006; Vargas y Bottia, 2008). Los principales componentes del aceite esencial de cedrón son:  CITRAL. Es una mezcla de dos aldehídos monoterpénicos isoméricos, geranial y neral. El isómero trans- se conoce como geranial o citral A, (E)- 3,7-dimetil-2,6octadienal y el isómero cis- se conoce como neral o citral B, (Z)- 3,7- dimetil2,6-octadienal.. FIGURA N°3: Isómeros geométricos del citral: geranial y neral. Fuente: Díaz (2007). 17.

(29) El citral es el componente mayoritario del aceite esencial de Aloysia triphylla (38-40%), se caracteriza por un fuerte olor a limón; su sensibilidad a la exposición de la luz, calor, oxígeno y pH bajos y altos, provoca, con el paso del tiempo, un aumento en la densidad del aceite esencial; el citral está presente en otras plantas como el limón, jengibre, naranja y algunas variedades de albahaca. Este compuesto, es materia prima para la síntesis de iononas, vitaminas A y E, así como un ingrediente importante en la industria de alimentos y perfumes (Masuda et al., 2002). Por ser un aldehído α, β-insaturado, el citral puede presentar reacciones de hidrogenación con la formación de alcoholes insaturados, por ejemplo el geraniol, nerol y citronelol; productos que son de gran interés como intermediarios en síntesis orgánica en la industria química, industrias de sabores y fragancias y la industria farmacéutica (Pato y Paris, 2006)..  LIMONENO. Es el otro componente abundante en el aceite esencial de Aloysia triphylla (711%), es un monoterpeno de fórmula C10H16, presenta dos isómeros ópticos, el R-(+)-limoneno y el S-(-)-limoneno. Se encuentra abundante en muchos aceites esenciales, el (+) limoneno en la corteza de naranja y en el aceite de alcaravea, el (-) limoneno en las hojas de pino. Tiene una gran importancia en la industria, se emplea en la producción de p-cimeno, como disolventes de resinas, pigmentos, tintas, en la fabricación de adhesivos y en la obtención de la carvona. Últimamente, la demanda del compuesto se debe a su aplicación como disolvente biodegradable (Fernández et al., 2006). Es utilizado en muchos procesos farmacéuticos y de alimentos, para dar sabor, por ejemplo en la obtención de sabores artificiales de menta, en la fabricación de dulces y goma de mascar. Recientes estudios apuntan a que el limoneno tiene efectos anticancerígenos, incrementa los niveles de enzimas hepáticas implicadas en la detoxificación de carcinógenos (Fernández et al., 2006).. 18.

(30) FIGURA N°4: Isómeros ópticos del limoneno Fuente: Díaz (2007).  OTROS COMPONENTES Los siguientes son componentes presentes en el aceite esencial de Aloysia triphylla, que muestran actividad biológica:. -. Linalol: antibacterial.. -. Canfeno: antioxidante.. -. α-Terpineol: antibacterial.. -. trans-β-Cariofileno: antibacterial.. 2.4. METODOS DE EXTRACCION DE ACEITES ESENCIALES La elección del método depende de la cantidad o características del aceite (volatilidad, punto de ebullición de los componentes, etc.), como de la planta o su parte de la cual se va a extraer el aceite esencial. (Díaz, 2007).. 2.4.1. Destilación por arrastre de vapor En la destilación por arrastre de vapor de agua se lleva a cabo la vaporización selectiva del componente volátil de una mezcla formada por este y otros "no volátiles". Lo anterior se logra por medio de la inyección de vapor de agua. 19.

(31) directamente en el seno de la mezcla, denominándose este "vapor de arrastre", pero en realidad su función no es la de "arrastrar" el componente volátil, sino condensarse formando otra fase inmiscible que cederá su calor latente a la mezcla a destilar para lograr su evaporación. En este caso se tendrá la presencia de dos fases inmiscibles a lo largo de la destilación (orgánica y acuosa), por lo tanto, cada liquido se comportara como si el otro no estuviera presente. Es decir, cada uno de ellos ejercerá su propia presión de vapor y corresponderá a la del líquido puro a una temperatura de referencia (Wankat, 1988). La condición más importante para que este tipo de destilación pueda ser aplicado es que tanto el componente volátil como una impureza sean insolubles en agua, ya que el producto destilado (volátil) formara dos fases al condensarse, lo cual permitirá la separación del producto y del agua fácilmente. La presión total del sistema será la suma de las presiones de vapor de los componentes de la mezcla orgánica y del agua. Sin embargo, si la mezcla a destilar es un hidrocarburo con algún aceite, la presión de vapor del aceite al ser muy pequeña se considera despreciable. En la destilación por arrastre es posible utilizar un gas inerte para el arrastre (Fair, 1987). Sin embargo, el empleo de vapores o gases diferentes al agua implica problemas adicionales en la condensación y recuperación del destilado o gas. El comportamiento que tendrá la temperatura a lo largo de la destilación será constante, ya que no existen cambios en la presión de vapor o en la composición de los vapores de la mezcla, es decir, el punto de ebullición permanecerá constante mientras ambos líquidos estén presentes en la fase liquida. En el momento que uno de los líquidos se elimine por la propia ebullición de la mezcla, la temperatura ascenderá bruscamente (Wankat, 1988). Existe una gran diferencia entre una destilación por arrastre y una simple, ya que en la primera no se presenta un equilibrio de fases liquido-vapor entre los dos componentes a destilar como se da en la destilación simple. Por lo tanto, no es posible realizar diagramas de equilibrio, ya que en el vapor nunca estará presente el componente "no volátil" mientras este destilando el volátil. Además, en la destilación por arrastre de vapor el destilado obtenido será puro en relación al componente no volátil (aunque requiera de una decantación para ser separado del. 20.

(32) agua), algo que no sucede en la destilación simple, en la cual el destilado sigue presentando ambos componentes aunque más enriquecido en alguno de ellos. Por otra parte, si este tipo de mezclas con aceites de alto peso molecular fueran destiladas sin la adición del vapor se requeriría de gran cantidad de energía para calentarlas y se emplearía mayor tiempo, pudiéndose descomponer si se trata de aceites esenciales. La destilación por arrastre de vapor es un método sencillo y de bajo costo, pero su inconveniente es que requiere largos periodos de tiempo y tiene rendimientos bajos en comparación con otros métodos (Sefidkon et al., 2006; Guan et al., 2007; Da Porto et al., 2009).. 2.4.2. Extracción con disolventes. En el método de extracción con disolventes volátiles, la muestra seca y molida se pone en contacto con disolventes orgánicos tales como alcohol y cloroformo, entre otros. Estos disolventes solubilizan la esencia pero también solubilizan y extraen otras sustancias tales como grasas y ceras, obteniéndose al final una oleorresina o un extracto impuro. Se utiliza a escala de laboratorio porque a nivel industrial resulta costoso por el valor comercial de los disolventes, porque se obtienen esencias contaminadas con otras sustancias, y además por el riesgo de explosión e incendio característicos de muchos disolventes orgánicos volátiles (Martínez, 2003). Algunos disolventes utilizados en este método de extracción tienen restricciones en cuanto a los residuos máximos que pueden dejarse cuando los aceites esenciales son la materia prima en la industria de los perfumes o alimentos. Estos límites varían de acuerdo a las diferentes legislaciones. Los disolventes derivados del petróleo, como éter dietílico, ciclohexano, hexano,. acetato de metilo,. propanol, etc., son tóxicos al inhalarlos y al contacto con la piel, y dependiendo del tiempo de exposición será la gravedad de los efectos. Los extractos obtenidos con este tipo de disolventes suelen ser más oscuros, ya que llegan a arrastrar algunos pigmentos, su solubilidad en alcohol diluido es. 21.

(33) menor y se recuperan muchos compuestos de tipo aromático. El disolvente con el aceite esencial se filtra y se evapora a presión atmosférica y/o a vacío. Los restos de disolvente deben separarse a temperatura baja (Ortuño, 2006). En este tipo de procedimientos se obtienen masas viscosas, según la materia prima, que contienen el aceite esencial, grandes cantidades de ceras, resinas y pigmentos, que se eliminan realizando extracciones con alcohol, enfriando a 13°C, filtrando y evaporando el alcohol (Ortuño, 2006). Los métodos más usados a nivel laboratorio son extracción por reflujo y mediante equipo Soxhlet (Thongson et al., 2004; Proestos y Komaitis, 2006). Otro tipo de extracción por disolventes, mayormente usada a nivel laboratorio, es la maceración o extracción alcohólica, en la cual la materia orgánica reposa en soluciones de alcohol por periodos de tiempo definidos. Los aceites esenciales son recuperados evaporando el alcohol, generalmente en rotavapores (Chua et al., 2008). La extracción con disolventes tiene importantes desventajas. Además de que requiere de periodos de tiempo relativamente largos, los aceites esenciales obtenidos contienen trazas de los disolventes utilizados; limitando su uso en la industria de los alimentos, la industria cosmética o farmacéutica (Khajeh et al., 2004; Danjanovie et al., 2005; Khajeh et al., 2005; Vagi et al., 2005; Guan et al., 2007).. 2.4.3. Extracción por fluidos supercríticos La extracción por fluidos supercríticos es una operación unitaria que explota el poder disolvente de fluidos supercríticos en condiciones encima de su temperatura y presión críticas. Es posible obtener extractos libres de disolvente usando fluidos supercríticos y la extracción es más rápida que con la utilización de disolventes orgánicos convencionales. Estas ventajas son debidas a la alta volatilidad de los fluidos supercríticos (gases en condiciones ambientales normales) y a las propiedades de transporte mejoradas (alta difusividad y baja viscosidad). Usando dióxido de carbono, en particular, el tratamiento es a temperatura moderada y es posible. 22.

(34) lograr una alta selectividad de micro-componentes valiosos en productos naturales. La selectividad del CO2 también es apropiada para la extracción de aceites esenciales, pigmentos, carotenoides antioxidantes, antimicrobianos y sustancias relacionadas, que son usadas como ingredientes para alimentos, medicinas y productos de perfumería y que son obtenidas de especias, hierbas y otros materiales biológicos (Del Valle y Aguilera, 1999). El método de extracción con fluidos supercríticos, es de desarrollo más reciente. El material vegetal cortado en trozos pequeños, licuado o molido, se empaca en una cámara de acero inoxidable y se hace circular a través de la muestra un líquido supercrítico (por ejemplo bióxido de carbono líquido), las esencias son así solubilizadas y arrastradas y el líquido supercrítico que actúa como solvente extractor y se elimina por descompresión progresiva hasta alcanzar la presión y temperatura ambiente, y finalmente se obtiene una esencia pura. Aunque presenta varias ventajas como rendimiento alto, es ecológicamente compatible, el solvente se elimina fácilmente e inclusive se puede reciclar, y las bajas temperaturas utilizadas para la extracción no cambian químicamente los componentes de la esencia, sin embargo el equipo requerido es relativamente costoso, ya que se requieren bombas de alta presión y sistemas de extracción también resistentes a las altas presiones (Martínez, 2001). Asimismo, un punto crítico (PC) marca el final de una curva, que representa el lugar de los puntos de coexistencia de la fase liquida y la fase gaseosa, que tienen diferencias cuantitativas en las densidades y propiedades asociadas. Así, cuando las densidades son iguales, las dos fases converjan en una fase in cambio en la simetría local (Luque de castro et al., 1993). En la curva correspondiente a la presión de vaporización, al aumentar la temperatura, la presión en la que coexisten líquido y gas también aumenta. Correspondiendo con el aumento en la presión de vaporización de la sustancia, la diferencia en densidades de las fases liquida y gaseosa decrece. Se llega a una presión critica (Pc) y a una temperatura critica (Tc) en que el gas esta tan comprimido y el líquido tan expandido que sus densidades serán las mismas y las dos fases no se diferencian una de otra, es decir, constituyen una única fase. Esta. 23.

(35) zona de presiones y temperaturas por encima de la presión crítica y de la temperatura crítica es lo que se conoce como región supercrítica. Hay una transición continua desde el estado líquido a fluido supercrítico por aumento de la temperatura a presión constante o desde el estado gaseoso a fluido supercrítico por incremento de la presión a temperatura constante. El punto crítico es característico de cada sustancia (Luque de castro et al., 1993; blanco et al., 2006).. FIGURA N°5: Diagrama de fases de una sustancia pura Fuente: I. García F. (1999). Entre las ventajas de la extracción por fluidos supercríticos se encuentran: (a) que los tiempos de extracción se reducen; (b) se obtienen rendimientos mayores; (c) es posible seleccionar sustancias y la composición de los extractos, cambiando los parámetros de extracción; y (d) se requiere menos energía. La principal desventaja es que ceras cuticulares y compuestos de alto peso molecular son extraídos junto con el aceite esencial. (Khajeh et. al., 2004;. Danjanovie et al., 2005; Khajeh et al., 2005; Vagi et al., 2005; Guan et al., 2007; Yamini et al., 2008).. 24.

(36) 2.4.4. Extracción por microondas El uso de microondas es otra alternativa para la extracción de aceites esenciales. Esta técnica puede utilizarse asistiendo un método convencional como la hidrodestilación o adaptando un equipo para establecerlo como un método independiente, como la extracción por microondas sin disolvente (Kimbaris et al., 2006; Bayramoglu et al., 2008; Golmakani y Rezaei, 2008; Bousbia et al., 2009). La extracción por microondas sin disolvente, SFME (solvent free microwave extraction) por sus siglas en inglés, combina el calentamiento por microondas y la destilación seca. No se necesita agregar ningún disolvente o agua si se emplea material fresco. En caso de que el material este seco, este se rehidrata remojándolo en agua y drenando el exceso antes de la extracción. Los equipos para llevar a cabo esta técnica se pueden adaptar modificando un horno de microondas convencional, haciendo un orificio en la parte superior que conecte un matraz de fondo piano con un aparato de refrigeración (un condensador conectado a un tubo de separación por gravedad, por el que pasa una corriente de agua fría), sellando la conexión con el horno para evitar la fuga de microondas (Bayramoglu et al., 2008). De igual forma, la hidro - destilación asistida con. microondas adapta un aparato de destilación a un horno de. microondas (Kimbaris et al., 2006; Golmakani y Rezaei, 2008). La extracción por microondas ofrece beneficios como una reducción considerable del tiempo y del consumo de energía (Kimbaris et al., 2006; Bayramoglu et al., 2008; Golmakani y Rezaei, 2008; Bousbia et al., 2009). Este método puede realizarse a gran escala con reactores de microondas, pero se requieren altos niveles de seguridad (Bousbia et al., 2009).. 25.

(37) CAPITULO III MATERIALES Y METODOS. 3.1. LUGAR DE EJECUCIÓN La presente investigación se desarrolló en los siguientes laboratorios:. Laboratorio de Tecnología de Aceites y Grasas de la Escuela Profesional de Ingeniería de Industrias Alimentarias, Facultad de Procesos,. Universidad. Nacional de San Agustín. Laboratorio SERVILAB de la Escuela Profesional de Química, Facultad de Ciencias Naturales y Formales, Universidad Nacional de San Agustín Laboratorio de Ensayo de Control y Calidad de la Universidad Católica Santa María.. 3.2. MATERIALES, EQUIPOS Y REACTIVOS 3.2.1. Materia prima La hierba aromática en estudio es el Cedrón (Aloysia triphylla), la cual fue recolectada en el distrito de Quequeña, en la provincia y departamento de Arequipa.. 3.2.2. Materiales de vidrio - Embudo de vidrio - Envases de vidrio - Bureta 25, 50mL - Decantador - Fiola de 100mL - Matraces de 100 y 250mL 26.

(38) - Pipetas volumétricas 2 y 10mL - Probeta 10, 100 y 250mL - Picnómetro 10mL - Soporte universal - Termómetro 100°C - Vasos de precipitados 50, 100, 250mL. 3.2.3. Equipos - Anemómetro (Marca: BRUNTON ATMOSPHERIC DATA CENTER ADC. SUMMIT). - Analizador de humedad Sartorius ag Germany MA 35M. - Balanza digital, marca STARTORIUS BASIC, precisión ± 0.001 - Balanza técnica Bamersac cap. 60 kg - Cromatografía de gases Cromatógrafo de gases (GC-2010 Shimadzu). - Equipo de destilación por arrastre con vapor (Es de acero inoxidable de 05 kilogramos de capacidad y tiene control de temperatura y presión y esta enchaquetado para evitar pérdidas de calor). - Equipo de fluidos supercríticos (The SFT-110 Supercritical Fluid Extractor System de 100 ml de capacidad que consta de un regulador de presiones y temperaturas, equipo de cosolventes y el Vessel). - Espectrómetro de masa (GCMS-QP2010) - Polarímetro (SR-6 PolyScience, con luz de sodio Angulo de Rotación 179.95º a +180.00º). - Refractómetro ABBE (MRC Scientific Instruments) - Vernier metálico ± 0.05mm 3.2.4. Reactivos - Etanol - Cloruro de hidroxilamina - Hidróxido de potasio - Solución de fenolftaleína 27.

(39) 3.3. MÉTODOS DE ANÁLISIS. 3.3.1. Análisis Químico proximal para la Materia prima Se realizaron los respectivos análisis químicos proximales para la materia prima usando los métodos convencionales conocidos, los cuales se indican a continuación:. 3.3.1.1 Determinación de Proteínas Método 2.057 de la AOAC En este método de kjeldhal se digieren las proteínas y otros componentes orgánicos de los alimentos en una mezcla con ácido sulfúrico en presencia de catalizadores. Durante el proceso de digestión ocurre la deshidratación y carbonización de la materia orgánica combinada con la oxidación de carbono a dióxido de carbono. El nitrógeno orgánico transformado en amoniaco, se retiene en la disolución como sulfato de amonio. La mezcla digerida se neutraliza con una base y se destila posteriormente. El destilado se recoge en una solución de ácido bórico. Los aniones del borato así formados, se titulan con HCl o H2SO4 estandarizado para determinar el contenido de nitrógeno del alimento.. 3.3.1.2 Determinación de Grasa Método Norma Técnica Nacional 209.093 Consiste en una extracción semicontinua donde una cantidad de disolvente rodea la muestra y se calienta a ebullición; una vez dentro del Soxhlet el líquido condensado llega a cierto nivel donde es sinfoneado de regreso al matraz de ebullición por lo que la grasa se mide por pérdida de peso de la muestra o por la cantidad de muestra removida.. 28.

(40) 3.3.1.3 Determinación de Fibra Método Norma Técnica Nacional 209.074 La muestra deshidratada y exenta de grasa obtenida de la extracción del extracto etéreo, se trata con ácido sulfúrico en ebullición y después con hidróxido sódico en ebullición. El residuo se somete a calcinación a 550 °C, la diferencia residuo cenizas se considera fibra bruta.. 3.3.1.4 Determinación de Humedad Método Norma Técnica Nacional 209.008 El principio operacional del método de determinación de humedad utilizando una balanza de humedad, incluye la preparación de la muestra y su peso, a continuación se espera algunos minutos para secar totalmente la muestra, y obtener la cantidad de humedad en base seca y en base húmeda.. 3.3.1.5 Determinación de Ceniza Método Norma Técnica Nacional 209.005 Este método consiste al uso de una mufla capaz de mantener temperaturas de 500 a 600°C. El agua y los compuestos volátiles se evaporan y las sustancias orgánicas son incineradas en presencia de oxígeno y convertidas en CO2 y óxidos de N2.. 3.3.1.6 Determinación de Carbohidratos Método 31.043. AOAC El extracto no nitrogenado (carbohidratos) se obtiene restando de 100 la suma de los porcentajes de agua, proteína bruta, cenizas, extracto etéreo y fibra bruta. A veces se usa el término “carbohidratos por diferencia” o “carbohidratos totales”, pero en este último se incluye con frecuencia también la fibra bruta.. 29.

(41) 3.3.2. Análisis fisicoquímico del aceite esencial de Cedrón (Aloysia triphylla) Se realizaron los respectivos análisis fisicoquímicos para el aceite esencial de. Cedrón, los cuales se muestran a continuación:. 3.3.2.1 Determinación de la densidad y de la densidad relativa Método: NTP 319.081 Es la relación entre la densidad del aceite esencial a 20°C y la del agua destilada a la misma temperatura. Consiste en obtener el peso del picnómetro vacío, luego del agua destilada y luego de vaciar ésta, llenar con el aceite esencial; realizando este proceso a temperatura de 20°C. ……….. (1) Dónde: - d: densidad relativa - P: peso en gramos del picnómetro a 20ºC - P1: peso en gramos del picnómetro lleno con el agua destilada a 20ºC - P2: peso en gramos del picnómetro lleno con la esencia a 20ºC. 3.3.2.2 Determinación del Índice de Acidez Método: NTP 319.085 Es el número de mg de hidróxido de potasio necesarios para neutralizar los ácidos libres contenidos en 1g de aceite esencial.. IA =. 5.61 × V P. …………. (2). Dónde: - V: volumen gastado en mililitros de NaOH - N: normalidad del NaOH utilizado en la titulación. - P: peso en gramos de la muestra de aceite. 30.

(42) 3.3.2.3 Determinación del índice de éster (IE) Método: NTP 319.088 Es el número de mg de hidróxido de potasio necesarios para neutralizar los ácidos liberados por hidrólisis de los ésteres contenidos en un 1g de aceite esencial. Para el procedimiento se introducen dos gramos de esencia en un dispositivo de saponificación conjuntamente con 25 cm3 de KOH 0,5N y se lleva a ebullición suave durante una hora, luego de enfriar se le añade 20 cm3 de agua destilada y 5 gotas de rojo de fenol. ……… (3). Dónde: - V1: Volumen en centímetros cúbicos del HCL usados en la prueba en blanco. - V: Volumen en centímetros cúbicos del HCL para la determinación. - P: Peso en gramos de la muestra tomada.. 3.3.2.4 Determinación de la solubilidad en etanol Método: NTP 319.084 Es la solubilización alcohólica de la presencia al ser diluida en un volumen determinado de etanol de cierta graduación. Consiste en la adición, a un volumen determinado de aceite esencial, de volúmenes de etanol de concentración conocida hasta que el aceite se disuelva completamente, agitándose frecuente y vigorosamente durante la adición del solvente. ……………. (4) Dónde: - S: solubilidad en etanol - V: volumen en ml de la solución en etanol a la dilución conocida. - V1: volumen en mL del aceite esencial. 31.

(43) 3.3.2.5 Determinación del Índice de Refracción Método: NTP 319.075 Es la relación del seno del ángulo de incidencia al seno del ángulo de refracción de un rayo luminoso de longitud de onda determinada que pasa del aire a la esencia mantenida a una temperatura constante. Consiste en la medición del ángulo de refracción del aceite esencial manteniendo en condiciones de transparencia e isotropismo siendo la longitud de onda de la luz de 589,3 mm, que corresponde a la línea D del sodio y siendo la temperatura de 20°C. El resultado se consigue mediante la lectura directa del aparato que mide el índice de refracción y se expresa con un número de cuatro decimales.. 3.3.2.6 Determinación del poder rotatorio específico y de la desviación polarimétrica Método: NTP 319.076 Es el ángulo sobre el cual gira el plano de polarización de la luz cuando ésta atraviesa cierto espesor de aceite esencial en condiciones determinadas. Se llena el tubo de observación con el aceite esencial a la temperatura de 20°C, verificándose que no haya dentro ninguna burbuja de aire, se coloca el tubo con el polarímetro y se mide la rotación polarimétrica. …………. (5). Dónde: - α: Poder rotatorio expresado en minutos y segundos. - A: Valor del ángulo de rotación expresado en grados y minutos. - L: Longitud del tubo expresado en decímetros. - P: Peso del aceite esencial en g/cm3. 32.

(44) 3.3.2.7 Determinación del contenido de fenoles Método: NTP 319.091 Se basa en la transformación de los fenoles contenidos en un volumen conocido de aceite esencial, en fenatos alcalinos y la posterior medición de la fracción de aceite esencial no transformado. El contenido de fenoles se expresa en porcentaje y se utiliza la siguiente expresión: 10(10 - V) …………. (6) Dónde: - V: volumen de la fracción no transformada de aceite esencial.. 3.3.2.8 Análisis cromatográfico Se define cromatografía como un método físico de separación en el cual los componentes para ser separados se distribuyen entre dos fases, una de las cuales es estacionaria mientras que la otra fase móvil se mueve en una dirección definida. Según el estado físico de la fase móvil se puede hacer una clasificación de la cromatografía así: cromatografía liquida (LC) y cromatografía de gases (GC). Es posible encontrar una subclasificación de acuerdo con el estado físico de la fase estacionaria (McNair, 1998). Para nuestro análisis se utilizó la cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas la cual es para la plena identificación de los compuestos presentes en una mezcla compleja de sustancias volátiles, además es conveniente acoplar la cromatografía de gases con una técnica espectroscópica, como la espectrometría de masas, que es considerada uno de los instrumentos de análisis químico más funcional e importante. La eficiencia de esta técnica en la identificación de los compuestos químicos de los AE, se manifiesta a través de los múltiples estudios realizados (Stashenko, 1995; 1996; 1999; 2004). Así pues, los analitos se separan en el cromatógrafo e ingresan al detector de masas que proporciona el espectro, conjunto de las señales producidas por las especies generadas durante la ionización y la fragmentación de cada sustancia.. 33.

Figure

CUADRO Nº1: Clasificación Taxonómica del cedrón (Aloysia triphylla).

CUADRO Nº1:

Clasificación Taxonómica del cedrón (Aloysia triphylla). p.15
FIGURA Nº 2: Algunos componentes de la hoja de cedron.

FIGURA Nº

2: Algunos componentes de la hoja de cedron. p.17
CUADRO  N°3:  Industrias  usuarias  de  productos  aromáticos  naturales  y  aceites  esenciales

CUADRO N°3:

Industrias usuarias de productos aromáticos naturales y aceites esenciales p.26
FIGURA N°7: Diseño para la extracción con fluidos supercríticos  Fuente: Elaboración propia

FIGURA N°7:

Diseño para la extracción con fluidos supercríticos Fuente: Elaboración propia p.46
FIGURA N°8: Diseño para la extracción por arrastre con vapor  Fuente: Elaboración propia

FIGURA N°8:

Diseño para la extracción por arrastre con vapor Fuente: Elaboración propia p.47
FIGURA N°9: Diagrama de proceso para la obtención del aceite esencial de  Cedrón

FIGURA N°9:

Diagrama de proceso para la obtención del aceite esencial de Cedrón p.48
CUADRO N°5: RENDIMIENTO POR PARTES DE LA PLANTA

CUADRO N°5:

RENDIMIENTO POR PARTES DE LA PLANTA p.53
CUADRO  N°6:  RENDIMIENTO  POR  EL  TAMAÑO  DE  HOJAS  E  INFLORESCENCIA  MUESTRA  M 1 (%)  M 2 (%)  M 3 (%)  Rendimiento promedio en (%)  Hoja grande  13.9  27.3  35.5  25.6  Hoja mediana  2.8  18.2  16.1  12.4  Inflorescencia  22.2  3.03  6.45  10.6

CUADRO N°6:

RENDIMIENTO POR EL TAMAÑO DE HOJAS E INFLORESCENCIA MUESTRA M 1 (%) M 2 (%) M 3 (%) Rendimiento promedio en (%) Hoja grande 13.9 27.3 35.5 25.6 Hoja mediana 2.8 18.2 16.1 12.4 Inflorescencia 22.2 3.03 6.45 10.6 p.54
CUADRO  N°8:  CONTROL  DE  LA  HUMEDAD  RELATIVA,        TEMPERATURA Y VELOCIDAD DEL AIRE

CUADRO N°8:

CONTROL DE LA HUMEDAD RELATIVA, TEMPERATURA Y VELOCIDAD DEL AIRE p.56
FIGURA N°10: Curva de secado: Tiempo vs Humedad                     Fuente: Elaboración Propia

FIGURA N°10:

Curva de secado: Tiempo vs Humedad Fuente: Elaboración Propia p.57
CUADRO  N°10:  EXTRACCIÓN  DE  ACEITE  ESENCIAL  DE  HOJAS  DE  MAYOR TAMAÑO: RENDIMIENTO ACUMULADO

CUADRO N°10:

EXTRACCIÓN DE ACEITE ESENCIAL DE HOJAS DE MAYOR TAMAÑO: RENDIMIENTO ACUMULADO p.58
FIGURA N°11: Rendimiento del Volumen acumulado vs Tiempo             Fuente: Elaboración Propia

FIGURA N°11:

Rendimiento del Volumen acumulado vs Tiempo Fuente: Elaboración Propia p.58
CUADRO  N°11:  EXTRACCIÓN  DE  ACEITE  ESENCIAL  DE  HOJAS  DE  MAYOR TAMAÑO: RENDIMIENTO PARCIAL

CUADRO N°11:

EXTRACCIÓN DE ACEITE ESENCIAL DE HOJAS DE MAYOR TAMAÑO: RENDIMIENTO PARCIAL p.59
CUADRO  N°12:  EXTRACCIÓN  DE  ACEITE  ESENCIAL  DE  HOJAS  MEDIANAS: RENDIMIENTO ACUMULADO

CUADRO N°12:

EXTRACCIÓN DE ACEITE ESENCIAL DE HOJAS MEDIANAS: RENDIMIENTO ACUMULADO p.60
CUADRO  N°13:  EXTRACCIÓN  DE  ACEITE  ESENCIAL  DE  HOJAS  MEDIANAS: RENDIMIENTO PARCIAL

CUADRO N°13:

EXTRACCIÓN DE ACEITE ESENCIAL DE HOJAS MEDIANAS: RENDIMIENTO PARCIAL p.61
FIGURA N°13: Rendimiento del Volumen acumulado vs Tiempo             Fuente: Elaboración Propia

FIGURA N°13:

Rendimiento del Volumen acumulado vs Tiempo Fuente: Elaboración Propia p.61
FIGURA N°14: Rendimiento del Volumen parcial vs Tiempo               Fuente: Elaboración Propia

FIGURA N°14:

Rendimiento del Volumen parcial vs Tiempo Fuente: Elaboración Propia p.62
CUADRO  N°14:  EXTRACCIÓN  DE  ACEITE  ESENCIAL  DE  LA  INFLORESCENCIA: RENDIMIENTO ACUMULADO

CUADRO N°14:

EXTRACCIÓN DE ACEITE ESENCIAL DE LA INFLORESCENCIA: RENDIMIENTO ACUMULADO p.63
CUADRO  N°15:  EXTRACCIÓN  DE  ACEITE  ESENCIAL  DE  LA  INFLORESCENCIA: RENDIMIENTO PARCIAL

CUADRO N°15:

EXTRACCIÓN DE ACEITE ESENCIAL DE LA INFLORESCENCIA: RENDIMIENTO PARCIAL p.64
CUADRO  N°16:  EXTRACCIÓN  DE  ACEITE  ESENCIAL  DE  CEDRON  (M1)

CUADRO N°16:

EXTRACCIÓN DE ACEITE ESENCIAL DE CEDRON (M1) p.66
FIGURA Nº17: Rendimiento de la masa parcial de aceite esencial de cedrón  por fluidos supercríticos

FIGURA Nº17:

Rendimiento de la masa parcial de aceite esencial de cedrón por fluidos supercríticos p.66
FIGURA  Nº18:  Rendimiento  de  la  masa  acumulada  de  aceite  esencial  de  cedrón por fluidos supercríticos

FIGURA Nº18:

Rendimiento de la masa acumulada de aceite esencial de cedrón por fluidos supercríticos p.67
FIGURA Nº19: Rendimiento de la masa parcial de aceite esencial de cedrón  por fluidos supercríticos

FIGURA Nº19:

Rendimiento de la masa parcial de aceite esencial de cedrón por fluidos supercríticos p.68
CUADRO Nº17: EXTRACCION DE ACEITE  ESENCIAL CEDRON (M2)

CUADRO Nº17:

EXTRACCION DE ACEITE ESENCIAL CEDRON (M2) p.68
FIGURA  Nº20:  Rendimiento  de  la  masa  acumulada  de  aceite  esencial  de  cedrón por fluidos supercríticos

FIGURA Nº20:

Rendimiento de la masa acumulada de aceite esencial de cedrón por fluidos supercríticos p.69
FIGURA Nº21: Rendimiento de la masa parcial de aceite  esencial de cedrón  por fluidos supercríticos

FIGURA Nº21:

Rendimiento de la masa parcial de aceite esencial de cedrón por fluidos supercríticos p.70
CUADRO Nº 18: EXTRACCION  DE ACEITE ESENCIAL  DE     CEDRON  (M3)

CUADRO Nº

18: EXTRACCION DE ACEITE ESENCIAL DE CEDRON (M3) p.70
FIGURA  Nº22:  Rendimiento  de  la  masa  acumulada  de  aceite  esencial  de  cedrón por fluidos supercríticos

FIGURA Nº22:

Rendimiento de la masa acumulada de aceite esencial de cedrón por fluidos supercríticos p.71
CUADRO N°19: ANÁLISIS ORGANOLÉPTICO DEL ACEITE ESENCIAL  DE CEDRON

CUADRO N°19:

ANÁLISIS ORGANOLÉPTICO DEL ACEITE ESENCIAL DE CEDRON p.72
CUADRO  N°20:  ANÁLISIS  FISICOQUÍMICO  DEL  ACEITE  ESENCIAL  DE CEDRÓN

CUADRO N°20:

ANÁLISIS FISICOQUÍMICO DEL ACEITE ESENCIAL DE CEDRÓN p.73

Referencias

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