UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA
FACULTAD DE INGENIERIA DE MINAS
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA QUIMICA
TESIS
“DETERMINACIÓN DE LA PRESIÓN DE VACIO ÓPTIMA PARA
MEJORAR EL RENDIMIENTO Y LA CALIDAD DEL ACEITE
ESENCIAL DE LIMÓN SUTIL (Citrus Aurantifolia) OBTENIDO POR
HIDRODESTILACIÓN”
PRESENTADA POR:
BR. JASMY MIRELLA SIANCAS FEBRE
PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE:
INGENIERO QUÍMICO
LÍNEA DE INVESTIGACIÓN:
INGENIERÍA QUÍMICA, DE MATERIALES Y PROCESOS
PIURA-PERÚ
UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA
FACULTAD DE INGENIERIA DE MINAS
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA QUIMICA
TESIS
“DETERMINACIÓN DE LA PRESIÓN DE VACIO ÓPTIMA PARA
MEJORAR EL RENDIMIENTO Y LA CALIDAD DEL ACEITE
ESENCIAL DE LIMÓN SUTIL (Citrus Aurantifolia) OBTENIDO POR
HIDRODESTILACIÓN”
BR. JASMY MIRELLA SIANCAS FEBRE
ASESOR:
DR. JUAN FRANCISCO CRUZ GUTIERREZ
LINEA DE INVESTIGACIÓN:
DECLARACIÓN JURADA DE ORIGINALIDAD DEL INFORME
FINAL DE TESIS
Yo, JASMY MIRELLA SIANCAS FEBRE, Bachiller de la Escuela Profesional de Ingeniería Química, de la Facultad de Ingeniería de Minas, identificado con DNI N° 48307226 y domiciliado en MZ L3 LOTE 19 IV ETAPA – ENACE, Distrito VEINTISÉIS DE OCTUBRE, Provincia PIURA, departamento PIURA, Celular 953615857, Email [email protected]
DECLARO BAJO JURAMENTO: que la tesis que presento, “DETERMINACIÓN DE LA PRESIÓN DE VACÍO ÓPTIMA PARA MEJORAR EL RENDIMIENTO Y LA CALIDAD DEL ACEITE ESENCIAL DE LIMÓN SUTIL (Citrus Aurantifolia) OBTENIDO POR HIDRODESTILACIÓN” es original e inédita, no siendo copia parcial ni total de una tesis desarrollada, y/o realizada en el Perú o en el Extranjero, en caso contrario de resultar falsa la información que proporciono, me sujeto a los alcances de lo establecido en el Art N° 411, del código Penal concordante con el Art. 32° de la Ley N° 27444, y Ley del Procedimiento Administrativo General y las Normas Legales de Protección de los Derechos de Autor.
En fé de lo cual firmo la presente.
Piura, 05 de Abril del 2021
UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA
FACULTAD DE INGENIERIA DE MINAS
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA QUIMICA
TESIS
“DETERMINACIÓN DE LA PRESIÓN DE VACIO ÓPTIMA PARA MEJORAR EL
RENDIMIENTO Y LA CALIDAD DEL ACEITE ESENCIAL DE LIMÓN SUTIL
(Citrus Aurantifolia) OBTENIDO POR HIDRODESTILACIÓN”
PRESIDENTE:
ING° JOSE MANUEL MONTERO PEÑA, M.SC. _____________________
SECRETARIO:
DR. ROYVELI CARHUACHIN GUTIERREZ, M.SC. _________________
VOCAL:
DEDICATORIA
A Dios por ser fuente inagotable de sabiduría en quien confío y creo. A mi madre María por sus oraciones, su incondicional apoyo y comprensión en el logro de este objetivo. A mi mejor amigo Moisés es quien me aconseja y escucha cuando pierdo el enfoque. A todos mis hermanos y hermanas son ellos parte de mi fuente de inspiración para seguir adelante. A toda mi familia quien desea lo mejor para mi vida.
DEDICATORIA
A Dios por ser fuente inagotable de sabiduría en quien confío y creo. A mi madre María por sus oraciones, su incondicional apoyo y comprensión en el logro de este objetivo. A mi mejor amigo Moisés es quien me aconseja y escucha cuando pierdo el enfoque. A todos mis hermanos y hermanas son ellos parte de mi fuente de inspiración para seguir adelante. A toda mi familia quien desea lo mejor para mi vida.
AGRADECIMIENTO
Agradezco a Dios por la gracia que me ha otorgado, por la paciencia y persistencia que me brindó cada día porque a pesar de las dificultades que se presentaron (Covid 19) siempre me dio la fortaleza para seguir en este proyecto. A mi madre quien es mi punto de apoyo para lograr cada una de mis metas, ella siempre está conmigo incluso en los momentos más turbulentos. A mi asesor, docentes, amigos, conocidos; que se fueron presentando en el desarrollo y que con cada consejo contribuyeron a que culmine mi proyecto
.
ÍNDICE GENERAL
INTRODUCCIÓN ... 1
CAPITULO I: ASPECTOS DE LA PROBLEMÁTICA ... 3
1.1 DESCRIPCIÓN DE LA REALIDAD PROBLEMÁTICA ... 3
1.2 JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA DE LA INVESTIGACIÓN ... 3
1.3 OBJETIVOS... 4 Objetivo general ... 4 1.3.1 Objetivos específicos ... 4 1.3.2 1.4 DELIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN ... 4 Espacial ... 4 1.4.1 CAPITULO II: MARCO TEÓRICO ... 6
2.1 ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN ... 6 Antecedentes Nacionales ... 6 2.1.1 Antecedentes Internacionales ... 7 2.1.2 2.2 BASES TEÓRICAS ... 7
Origen del Limón ... 7
2.2.1 Descripción botánica y características ... 8
2.2.2 Partes del limón ... 9
2.2.3 Valor Nutricional ... 11
2.2.4 Componentes químicos en el limón ... 11
2.2.5 Flavedo (Epicarpio) ... 11 2.2.5.1 Albedo (Mesocarpio) ... 12 2.2.5.2 Endocarpio (Pulpa) ... 12 2.2.5.3 Clasificación de Aceites Esenciales ... 12
2.2.5.4 Características físicas y químicas del aceite esencial ... 13
2.2.6 Características Organolépticas ... 13
2.2.6.1 Características Físicas ... 14
2.2.6.2 Aceite esencial de limón ... 15
2.2.7 Definición ... 15
2.2.7.1 Componentes Químicos del Aceite esencial de limón ... 16
2.2.7.2 Usos del Aceite Esencial de Limón ... 27
2.2.8 Métodos de Extracción de Aceites Esenciales ... 28
2.2.9 Métodos Directos ... 29
2.2.9.1 Destilación ... 29 2.2.9.2
Estructura del Rotavapor ... 37 2.2.11 Vista Frontal ... 37 2.2.11.1 Vista Posterior ... 38 2.2.11.2 Procedimientos para el manejo del Rotavapor ... 38
2.2.11.3 Espectroscopia Infrarrojo con Transformada de Fourier (FTIR). ... 42
2.2.12 Descripción del proceso de Obtención de aceite esencial industrial ... 43
2.2.13 Recepción de la materia prima ... 43
2.2.13.1 Selección – Lavado ... 44 2.2.13.2 Prensado ... 44 2.2.13.3 Homogenización ... 45 2.2.13.4 Destilación por arrastre con vapor ... 45
2.2.13.5 Condensación – Enfriamiento ... 45 2.2.13.6 Decantación ... 45 2.2.13.7 Almacenamiento ... 45 2.2.13.8 Diagrama de flujo de proceso de obtención de Aceite Esencial de Limón ... 46
2.2.14 2.3 GLOSARIO DE TÉRMINOS BÁSICOS ... 47
2.4 HIPÓTESIS ... 48
CAPÍTULO III: MARCO METODOLÓGICO ... 49
3.1 ENFOQUE Y DISEÑO ... 49 Enfoque ... 49 3.1.1 Diseño de la Investigación ... 49 3.1.2 3.2 SUJETOS DE LA INVESTIGACIÓN ... 51 Población ... 51 3.2.1 Muestra ... 51 3.2.2 LOCALIZACIÓN ... 51 3.2.3 VARIABLES... 51 3.2.4 Variables Independientes ... 52 3.2.4.1 Variables Dependientes ... 52 3.2.4.2 EQUIPOS Y MATERIALES ... 54 3.2.5 Equipos ... 54 3.2.5.1 Materiales ... 54 3.2.5.2 Insumos ... 54 3.2.5.3 ESQUEMA EXPERIMENTAL... 54 3.2.6 3.3 MÉTODO Y PROCEDIMIENTOS ... 56
Selección del equipo ... 56 3.3.1
OBTENCIÓN Y TOMA DE MUESTRA... 56 3.3.2
DESCRIPCIÓN DEL PROCEDIMIENTO ... 56 3.3.3
Materia prima: micela de limón ... 56 3.3.3.1
Obtención del aceite esencial ... 56 3.3.3.2
METODO: Hidrodestilación a Presión Atmosférica. ... 57 3.3.3.3
METODO: Hidrodestilación al vacío. ... 59 3.3.3.4
Identificación de los grupos químicos principales. ... 61 3.3.4
Encendido y configuración del equipo (FT-IR IRTracer-100) ... 63 3.3.5
Encendido del Equipo. ... 63 3.3.5.1
Iniciando LabSolutions IR ... 63 3.3.5.2
Obtención del espectro ... 63 3.3.5.3
Exportar archivo ... 65 3.3.5.4
RENDIMIENTO Y CALIDAD DEL ACEITE ESENCIAL DE LIMÓN. ... 65 3.3.6
Rendimiento ... 65 3.3.6.1
Calidad ... 66 3.3.6.2
3.4 TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS ... 67 Técnica de muestreo: Simple ... 67 3.4.1
Técnicas recolección de datos:... 67 3.4.2
Fuentes de información primaria ... 67 3.4.2.1
Información Secundaria ... 67 3.4.2.2
Aspectos Éticos: ... 67 3.4.3
CAPITULO IV RESULTADOS Y DISCUSIONES ... 68 4.1 RESULTADOS ... 68 RENDIMIENTO ... 68 4.1.1
Hidrodestilación a Presión Atmosférica ... 68 4.1.1.1
Hidrodestilación a presión de vacío ... 69 4.1.1.2
CALIDAD ... 72 4.1.2
Caracterización fisicoquímica y organoléptica del A.E.L. ... 72 4.1.2.1
ESPECTROS FTIR DEL ACEITE ESENCIAL DE LIMÓN ... 73 4.1.3
Espectro FT-IR del Aceite Esencial de Limón (Raspado)... 73 4.1.3.1
Espectro FT-IR del Aceite Esencial de Limón (Obtenido por Hidrodestilación a 4.1.3.2
Presión Atmosférica) ... 73 Espectro FT-IR del Aceite Esencial Limón (Obtenido por Hidrodestilación a Presión 4.1.3.3
Espectro FT-IR del Aceite Esencial Limón (Obtenido por Hidrodestilación a Presión 4.1.3.4
de vacío: 50mmHg y Temperatura: 50°C) ... 74
Espectro FT-IR del aceite esencial limón (Obtenido por Hidrodestilación a Presión de 4.1.3.5 vacío: 100mmHg y Temperatura:60°C) ... 75
Numeros de onda registradas en los espectros FT-IR ... 77
4.1.3.6 4.2 DISCUIÓN DE RESULTADOS ... 78
Rendimiento ... 78
4.2.1 Calidad – Caracterización Fisicoquímica y Organoléptica del A.E.L ... 79
4.2.2 Densidad e Índice de Refracción ... 79
4.2.2.1 Índice de Acidez y Rotación óptica ... 80
4.2.2.2 Índice de Carbonilo como porcentaje de citral ... 80
4.2.2.3 Residuos de Evaporación ... 81 4.2.2.4 Punto de Inflamación ... 81 4.2.2.5 Características organolépticas ... 81 4.2.2.6 Análisis Infrarrojo de Aceites de Limón ... 82
4.2.3 Terpenos ... 82 4.2.3.1 Compuestos Oxigenados... 84 4.2.3.2 CONCLUSIONES ... 86 SUGERENCIAS ... 87 Referencias ... 88 ANEXOS… ... 94
INDICE DE TABLAS
Tabla 2.1. Clasificación Taxonómica ... 9
Tabla 2.2. Valor nutricional del limón sutil en 100 g de jugo ... 11
Tabla 2.3. Clasificación de los compuestos químicos del A.E.L y sus propiedades fisicoquímicas ... 18
Tabla 2.4. Métodos de Extracción ... 28
Tabla 3.1. Variables, definición y unidades... 52
Tabla 3.2. Variables dependientes involucradas en el proceso ... 52
Tabla 3.3. Variables involucradas en el proceso de Hidrodestilación ... 53
Tabla 3.4. Condiciones de operación para la hidrodestilación a presión atmosférica ... 58
Tabla 3.5. Datos de ensayos experimentales ... 60
Tabla 3.6. Características de trabajo del Espectrómetro FT-TR IR Tracer-100 ... 62
Tabla 4.1. Rendimientos del Proceso de Hidrodestilación a Presión atmosférica ... 68
Tabla 4.5. Tiempos del Proceso de Hidrodestilación a Presión atmosférica. ... 69
Tabla 4.6. Rendimientos del Proceso de Hidrodestilación a diferentes Presiones de Vacío y Temperatura ... 69
Tabla 4.7. Tiempos del Proceso de Hidrodestilación a diferentes Presiones de vacío y Temperatura ... 71
Tabla 4.8. Características fisicoquímicas del AEL Experimental ... 72
Tabla 4.6. Características Organolépticas del AEL Experimental ... 72
INDICE DE GRÁFICOS
Gráfico 4.1. Rendimiento de A.E.L promedios, con ensayo a Presión Atmosférica ... 68 Gráfico 4.1. Rendimiento de A.E.L promedios, con ensayo a Presión Atmosférica ... 68 Gráfico 4.2. Rendimientos promedios de aceite esencial, según ensayos de Presión de vacío y
INDICE DE FIGURAS
Figura 1.1. Valle de San Lorenzo, Tambo Grande ... 4
Figura 2.1. Árbol de Limón ... ¡Error! Marcador no definido. Figura 2.3. Flor y fruto del limón sutil ... 10
Figura 2.2. Partes de Citrus Aurantifolia ... 10
Figura 2.4. Compuestos característicos del aceite esencial de limón ... 17
Figura 2.5. Estructura del Isopreno ... 19
Figura 2.6. Estructura del α-pineno ... 20
Figura 2.7. Estructura del β-pineno ... 21
Figura 2.8. Estructura del Canfeno ... 22
Figura 2.9. Estructura del p-cimeno ... 23
Figura 2.10. Estructura del Limoneno ... 24
Figura 2.11. Estructura del Aldehído ... 24
Figura 2.12. Estructura del Citral ... 25
Figura 2.13. Estructura de Cetonas ... 26
Figura 2.14. Estructura de los alcoholes ... 26
Figura 2.15. Destilación simple ... 30
Figura 2.16. Destilación por arrastre con vapor ... 34
Figura 2.17. Estructura del rotavapor R-124 con condensador vertical ... 37
Figura 2.18. Vista Posterior del R-124 ... 38
Figura 2.19. Destilación al vacío con rotavapor ... 41
Figura 2.20. Bomba de vacío Buchi Vacuum V-512 ... 41
Figura 2.21. Esquema del sistema óptico de un espectrofotómetro FTIR ... 43
Figura 2.22. Diagrama del flujo de proceso de obtención de AEL ... 46
Figura 3.1. Actividades de la metodología ... 50
Figura 3.2 Diagrama de flujo de la extracción del A.E. obtenido por Hidrodestilación... 55
Figura 3.3. Espectrómetro FT-IR IRTracer-100 ... 61
Figura 4.1. Espectro FT-IR de la muestra AEL obtenido por raspado ... 73
Figura 4.2. Espectro FT-IR de la muestra A.E.L obtenido por Hidrodestilación a P. atmosférica ... 73
Figura 4.3. Espectro FT-IR de la muestra A.E.L obtenido por Hidrodestilación a P=30 mmHg y T=50°C ………...74
Figura 4.4. Espectro FT-IR de la muestra A.E.L obtenido por Hidrodestilación a P=50 mmHg y T=50°C ………...74 Figura 4.5. Espectro FT-IR de muestra AEL obtenido por Hidrodestilación a P= 100 mmHg y T= 60°C
Figura 4.6. Espectros FT-IR de las muestras de AEL obtenidos a diferentes condiciones ... 76 Figura 4.7. Espectro FTIR del limoneno ... 83 Figura 4.8. Espectro FTIR del Citral ... 85
INDICE DE ANEXOS
ANEXOS 1. IMÁGENES DE LA PARTE EXPERIMENTAL EQUIPO ROTAVAPOR R-124
UTILIZADO EPIQ-UNP ... 94
ANEXOS 2. LAVADO DEL LIMÓN ANTES DE OBTENER LA MICELA (EMPRESA CÍTRICOS PERUANOS – TAMBOGRANDE – PIURA) ... 94
ANEXOS 3. TOMA DE MUESTRA MICELA DE LIMÓN (EMPRESA CÍTRICOS PERUANOS - TAMBOGRANDE – PIURA) ... 95
ANEXOS 4. FILTRADO DE LA MICELA ... 95
ANEXOS 5. MICELA DE LIMÓN UTILIZADO PARA HIDRODESTILACIÓN ... 95
ANEXOS 6. HIDRODESTILACIÓN DE MICELA A PRESIÓN ATMOSFÉRICA ... 95
ANEXOS 7. HIDRODESTILACIÓN Z (P=100 mmHg y T=60°C) ... 95
ANEXOS 8. OBTENCIÓN DE ACEITE ESENCIAL DE LIMÓN POR HIDRODESTILACIÓN A VACÍO 95 ANEXOS 9. ACEITE ESENCIAL DE LIMÓN OBTENIDO POR HIDRODESTILACIÓN A DIFERENTES CONDICIONES DE PRESIÓN Y TEMPERATURA ... 95
ANEXOS 10. ACEITE ESENCIAL DE LIMÓN OBTENIDO POR RASPADO SIMPLE E HIDRODESTILACIÓN SIMPLE ... 95
ANEXOS 11. TABLA IR GRUPO CARBONILO (ACIDOS CARBOXÍLICOS, ÉSTERES, ANHIDRIDOS, ALDEHÍDOS Y CETONAS) ... 95
ANEXOS 12. REGIONES BÁSICAS DE UN ESPECTRO DE INFRARROJO ... 95
ANEXOS 13. ESPECTRO FTIR ACEITE ESENCIAL DE LIMÓN OBTENIDO POR RASPADO SIMPLE 95 ANEXOS 14. ESPECTRO FTIR ACEITE ESENCIAL DE LIMÓN OBTENIDO POR HIDRODESTILACIÓN SIMPLE ... 95
ANEXOS 15. ESPECTRO FTIR ACEITE ESENCIAL DE LIMÓN OBTENIDO POR HIDRODESTILACIÓN A (P=30 mmHg y T=50°C) ... 95
ANEXOS 16. ESPECTRO FTIR ACEITE ESENCIAL DE LIMÓN OBTENIDO POR HIDRODESTILACIÓN (P=50mmHg y T=50°C) ... 95
ANEXOS 17. ESPECTRO FTIR ACEITE ESENCIAL DE LIMÓN OBTENIDO POR HIDRODESTILACIÓN A (P=100 mmHg y T= 60°C)... 95
ANEXOS 18. INFORME DE ANÁLISIS FISICOQUÍMICOS DE ACEITE ESENCIAL ... 95
RESUMEN
Para determinar la presión de vacío óptima y mejorar el rendimiento y la calidad del aceite esencial de limón sutil (citrus aurantifolia), se utilizó como muestra micela de limón. Se obtuvo el aceite esencial a partir de la hidrodestilación de la micela, a diferentes condiciones de presión de vacío y temperatura, en un rotavapor R-124, diseñados en seis ensayos: E1(P=30mmHg T=50ºC), E2(P=50mmHg T=50ºC), E3(P=100mmHg T=50ºC), E4(P=30 mmHg T=60ºC), E5(P=50mmHg T=60ºC), E6(P=100mmHg T=60ºC). Se comparó rendimientos de extracción de aceite entre los ensayos citados y otro realizado a presión atmosférica. Dando el mejor rendimiento promedio de aceite, obtenido en el ensayo E6 de 1.017±0.004 %, obteniéndose un volumen promedio de aceite esencial de 5.4 ml, a partir de un destilado de 398 ml, a una rotación de 100 rpm y en un tiempo promedio de 21 minutos. Las características fisicoquímicas para el aceite esencial de limón del procedimiento E6 son: Densidad (20 ºC) 0.849 ± 0.002; Índice refracción (20 ºC) 1.472 ± 0.001; Índice de acidez (mg KOH/g) 8.12 ± 0.025; Rotación óptica (20 ºC) 62. 42º; Pto. inflamación 40º; Citral (%) 3.452 ± 0.003 y Residuos por evaporación (%) 1.58 ± 0.030. Se utilizó un espectrómetro FTIR Tracer-100 en la región de 4000 a 400 cm-1, para identificar bandas de grupos químicos presentes en cada muestra de aceite obtenido en cada ensayo, comparándolas con una muestra de aceite obtenido por raspado simple. Se observaron bandas características muy pronunciadas a 3072 y 524 cm-1 correspondientes al Limoneno + β-pineno; 855 cm -1 sólo al β-pineno; 540 cm-1 al Limoneno + p-cimeno. Otras bandas como 3010, 2964, 2919, 1646, 1437, 1377, 913, 890 y 798 cm-1, corresponden sólo al Limoneno. 2871 y 2830 cm-1 pertenecen al γ-terpineno. 1680 cm-1 corresponden al Citral y 670 cm-1 al Canfeno.
ABSTRACT
To determine the optimal vacuum pressure and improve the performance and quality of the essential oil of subtle lemon (citrus aurantifolia), lemon micelle was used as a sample. The essential oil was obtained from the hydrodistillation of the micelle, at different conditions of vacuum pressure and temperature, in a R-124 rotary evaporator, designed in six tests: E1 (P = 30 mmHg T = 50ºC), E2 (P = 50 mmHg T = 50ºC), E3 (P = 100 mmHg T = 50ºC), E4 (P = 30 mmHg T = 60ºC), E5 (P = 50 mmHg T = 60ºC), E6 (P = 100 mmHg T = 60ºC). Oil extraction yields were compared between the aforementioned tests and another carried out at atmospheric pressure. Giving the best average oil yield, obtained in test E6 of 1.017 ± 0.004%, obtaining an average volume of essential oil of 5.4 ml, from a distillate of 398 ml, at a rotation of 100 rpm and in an average time 21 minutes. The physicochemical characteristics for lemon essential oil from procedure E6 are: Density (20 ºC) 0.849 ± 0.002; Refractive index (20 ºC) 1.472 ± 0.001; Acid number (mg KOH/g) 8.12 ± 0.025; Optical rotation (20 ° C) 62. 42 °; Inflammation point 40º; Citral (%) 3.452 ± 0.003 and Residues by evaporation (%) 1.58 ± 0.030. A Tracer-100 FTIR spectrometer in the region of 4000 to 400 cm-1 was used to identify bands of chemical groups present in each oil sample obtained in each test, comparing them with an oil sample obtained by simple scraping. Very pronounced characteristic bands were observed at 3072 and 524 cm-1 corresponding to Limonene + β-pinene; 855 cm -cm-1 only to β-pinene; 540 cm-cm-1 to Limonene + p-cymene. Other bands such as 3010, 2964, 2919, 1646, 1437, 1377, 913, 890 and 798 cm-1, correspond only to Limonene. 2871 and 2830 cm-1 belong to γ-terpinene. 1680 cm-1 correspond to Citral and 670 cm-1 to Camphene.
INTRODUCCIÓN
El Perú es un país con amplia producción agrícola, y precisamente la principal región productora de limón sutil hace tres años fue Piura con el 54,8% de participación. Le siguieron las regiones de Lambayeque (19,1%), Tumbes (11%), Loreto (4%) y Ucayali (3,3%). El limón en sus distintas variedades es un cultivo permanente durante todo el año, se siembra y cosecha en cualquier época. La cosecha se da después de 4 años del periodo de siembra. La vida económica del cultivo dura aproximadamente 15 años.
La producción del limón creció a un ritmo de 1,3% anual entre los años 1997 y 2016, es así que en 1997 se produjeron 327 mil toneladfas (la mayor producción de los últimos 20 años) hasta que en el 2016 se alcanzó 270 mil toneladas. Y para el año 2017 durante el fenómeno del niño costero, hubo una disminución en la producción del limón, pero se recuperó a partir de setiembre del 2017, impulsado por el Programa de Recuperación de Plantaciones de Frutales en San Lorenzo, Chira y Alto Piura, por el cual el MINAGRI brindó insumos (semillas, plantones y fertilizantes) y servicios de maquinaria por la suma de S/ 1 500 por hectárea hasta un máximo de S/ 6 000 por 4 hectáreas a los productores que fueron afectados por los eventos climáticos.
En la actualidad Piura es la principal región productora de limón de nuestro país con 16.904 hectáreas cultivadas, señala el Servicio Nacional de Sanidad Agraria (SENASA). Donde las provincias de mayor producción de limón en Piura son: Valle de San Lorenzo, que cuenta con 9.738 hectáreas de limonero, seguido de Sullana con 4.108 hectáreas y Chulucanas con 1.445 hectáreas. De todo lo mencionado el limón en todas sus variedades, es una materia prima permanente durante todo el año y que se usa para extraer el aceite esencial de limón y la cáscara deshidratada, que son los principales productos de exportación. Sin embargo; el aceite esencial de limón sufre algunas degradaciones en sus componentes químicos al ser sometido al método de destilación por arrastre con vapor de agua, donde se alcanza temperaturas mayores a 100°C y precisamente siendo la presión una de las principales variables a tener en cuenta en el proceso de obtención del aceite esencial, se realizará la determinación de la presión de vacío óptimo para obtener el aceite esencial de limón con toda sus características fisicoquímicas completas.
Muchas sustancias no pueden purificarse por destilación a presión atmosférica porque se descomponen antes de alcanzar sus puntos de ebullición normales. Otras sustancias tienen puntos de ebullición tan altos que su destilación es difícil o no resulta conveniente. Es debido a ello que la alternativa para resolver el problema es realizar una destilación a presión reducida, es decir a presiones
menores a la atmosférica, porque así evitaremos que algunas sustancias sufran oxidación, hidrólisis y descomposición de sus estructuras químicas. En estos casos se emplea la destilación a presión reducida o al vacío. Un líquido comienza a hervir a la temperatura en que su tensión de vapor se hace igual a la presión exterior, por tanto, disminuyendo esta se logrará que el líquido destile a una temperatura inferior a su punto de ebullición normal. Cuando a presión reducida los puntos de ebullición no se encuentran o no son datos muy precisos podemos utilizar un diagrama para hallar el nuevo punto de ebullición.
CAPITULO I: ASPECTOS DE LA PROBLEMÁTICA
1.1 DESCRIPCIÓN DE LA REALIDAD PROBLEMÁTICA
La producción de limón en la región Piura es permanente durante todo el año, esto permite obtener aceite esencial en cualquier época. Sin embargo, el método utilizado para su obtención, donde se aplica altas temperaturas para producir la destilación de la micela de limón por arrastre con vapor de agua, degrada en cierto grado los componentes químicos presentes en el aceite esencial, y esto afecta principalmente ciertas características fisicoquímicas de sus parámetros de calidad.
Debido a que nuestra región es netamente agrícola se busca determinar los parámetros óptimos para mejorar el rendimiento y calidad del Aceite Esencial de Limón, puesto que actualmente existen procesos convencionales que a medida que avanza la tecnología siempre se busca disminuir los costos de producción para aumentar la eficiencia, rentabilidad del Aceite Esencial de Limón.
En función a ello, el presente proyecto planea desarrollar una alternativa de producción de aceite esencial que permita procesar el limón a una presión reducida, con mayor eficiencia y con un producto deseado que cumpla los estándares de calidad para exportación, llevándolo a tener una mayor cotización internacional.
1.2 JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA DE LA INVESTIGACIÓN
La presente investigación se justifica, por la importancia industrial que tiene el aceite esencial de limón y sus múltiples aplicaciones en cosmética, farmacia y productos terminados, ya que contamos principalmente con la materia prima durante todo el año en Piura.
La importancia del proyecto radica en poder contar con un aceite esencial de limón de buena calidad. Estos aceites destilados en condiciones de vacío tienen mayor calidad aromática que los obtenidos por destilación a presión atmosférica. Algunos compuestos químicos muy volátiles se pierden en la destilación con arrastre de vapor. El proceso en sí produce cambios químicos como la oxidación y también hidrólisis de algunos metabolitos secundarios.
El proyecto se convierte en una oportunidad de negocio, en donde no solo saldrían beneficiados los clientes, con un producto de calidad al adquirir un aceite esencial para ser exportado, sino también los empresarios del rubro y los agricultores de la región Piura.
1.3 OBJETIVOS
Objetivo general
1.3.1
Determinar la presión de vacío óptima para mejorar el rendimiento y la calidad del aceite esencial de limón sutíl (Citrus Aurantifolia) obtenido por hidrodestilación.
Objetivos específicos
1.3.2
Determinar la calidad y rendimiento.
Evaluar la presión de vacío óptima para este proceso.
Proponer el procedimiento, aplicando vacío.1.4 DELIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN
Espacial
1.4.1
Para llevar a cabo el desarrollo del proyecto de investigación; se eligió como lugar adecuado para obtener la materia prima (limón sutil) “El Valle San Lorenzo se extiende en el margen derecho del río Piura, junto a los valles del Chira y de Catacaos. Éste, representa el polo agrícola más importante de la Región.” San Lorenzo (lugar poblado) Departamento: Piura; Provincia: Piura; Distrito: Tambo Grande. Latitud: -482472 y Longitud: -80.2903 (Román Vargas, 2018)
Longitud: -4.82472 Altitud: -80.2903 Longitud: -4.82472 Altitud: -80.2903 Longitud: -4.82472 Altitud: -80.2903 Longitud: -4.82472
La extracción y caracterización del aceite esencial de limón, como los parámetros: color, índice de refracción, densidad, índice de yodo, índice de saponificación, índice de peróxido; como el contenido de citral, se realizaron en los laboratorios de química de la Escuela Profesional de Ingeniería Química de la Universidad Nacional de Piura, en Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional de Ingeniería y en el laboratorio de investigación de Química de la Universidad Nacional de Tumbes, se hicieron los análisis de los componentes del aceite esencial de limón, utilizando un Espectrófotometro FT-IR (IR Tracer-100 Shimadzu).
CAPITULO II: MARCO TEÓRICO
2.1 ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN
Antecedentes Nacionales
2.1.1
No hay estudios similares a la investigación propuesta, pero hay estudios realizados sobre extracción de aceites esenciales que sirvieron como referencias para desarrollar esta investigación, estos estudios fueron realizados por:
(Obregon Mariano, 2018) “ANÁLISIS COMPARATIVO DE LA HIDRODESTILACIÓN CON EL ARRASTRE DE VAPOR PARA LA EXTRACCIÓN DE ACEITES ESENCIALES SE LA CASCARA DE NARANJA”, Realizó la extracción de los aceites esenciales de la cáscara de naranja Huando mediante los métodos de arrastre de vapor (DAV) y de hidrodestilación (HD), para evaluar sus respectivos rendimientos en función del tamaño de partícula y del tiempo de extracción. La extracción de aceites esenciales por arrastre de vapor presenta mayor rendimiento que el de hidrodestilación en una magnitud de superioridad de hasta seis veces por lo tanto es el más recomendable para la extracción de los aceites esenciales de cáscaras de naranja.
(Chirinos Soriano & Quispe Carranza, 2018) “ESTUDIO TÉCNICO ECONÓMICO PARA LA PRODUCCIÓN DE ACEITE ESENCIAL DE LIMÓN SUTÍL (CITRUS AURANTIFOLIA) UTILIZABLE EN LA INDUSTRIA DE PERFUMERÍA”, Esta investigación persigue también analizar las características organolépticas, físicas y químicas del aceite esencial de limón sutil que se extrae por el método de destilación en arrastre de vapor, con aplicación a la industria de perfumería. Para lo cual, se realizaron pruebas en las instalaciones del Laboratorio de la Facultad de Ingeniería Química y Textil de la UNI (Laboratorio N°23). Se utilizó el método de destilación en arrastre de vapor, el método más usado industrialmente, para obtener aceite esencial de limón de manera experimental; obteniéndose como resultados una eficiencia de 0.4 % w/w para dicho método, respecto a la materia prima en bruto (limón sutil), la inversión necesaria asciende a $20 037 583.4, distribuidos en inversión fija $ 17 130 867.3 y capital de trabajo $2 906 716.3, con un periodo de recupero de 5.3 años, asimismo, se obtuvo una relación B/C = 1.11 ( B/C > 1.0 para ser rentable ) y una TIR de 31.9 % ( TIR > TD ).
(Cerutti & Neumayer, 2004) “INTRODUCCIÓN A LA OBTENCIÓN DE ACEITE ESENCIAL DE LIMÓN”, Los aceites esenciales son mezclas complejas de sustancias que proporcionan sabor y olor a innumerables alimentos, aunque también son usados en la industria de la
cosmética. Entre los aceites esenciales más difundidos se encuentra el del limón, siendo la Argentina uno de sus mayores productores en el mundo. En este artículo se mencionan los principales métodos de obtención de aceite esencial de limón y sus fundamentos.
Antecedentes Internacionales
2.1.2
(Albadejo Meroño, 2008) “EL ACEITE ESENCIAL DE LIMÓN PRODUCIDO EN ESPAÑA. CONTRIBUCIÓN A SU EVALUACIÓN POR ORGANISMOS INTERNACIONALES”, En este trabajo, además de las determinaciones habituales de características físico-químicas del aceite esencial de limón, se introducen las de color mediante el colorímetro digital, y de densidad, mediante densímetro electrónico. El estudio gas cromatográfico, para determinar el orden de elución característico, se realiza en columnas capilares de sílice fundida: OV-101 apolar, CPWax-52-CB muy polar y HP-5 ligeramente polar. Comparando los resultados se logra la identificación de setenta y cuatro componentes, ya que son complementarias en cuanto a separación de algunos de ellos. Así mismo, se determinan las condiciones cromatográficas que mejoran la resolución. Se observan las evoluciones de los distintos componentes durante la campaña de elaboración, relacionando constituyentes mayoritarios y minoritarios. Se fijan los valores máximos y mínimos encontrados para los distintos componentes y los porcentajes por grupos funcionales para el aceite esencial de limón español. La aportación para elaborar su norma de calidad presenta gran importancia tecnológica y económica.
2.2 BASES TEÓRICAS
Origen del Limón
2.2.1
Según (Puente Huera, 2006, pág. 41) el origen histórico del cítrico se encuentra hace unos veinte millones de años, en la era terciaria, pero aquellas variedades, poco se parecen a las actuales naranjas dulces. Los cítricos se cultivan desde hace más de 4 000 años. Sus frutos atrajeron la atención de los pobladores primitivos, quienes se encargaron de cultivarlos mucho tiempo antes de que aparecieran en los países europeos a donde fueron llevados por los primeros viajeros gracias a la cautivante apariencia de su fruta y sus flores.
Las numerosas especies del género Citrus provienen de las zonas tropicales y subtropicales de Asia y del archipiélago malayo. El área comúnmente asociada a su origen se encuentra ubicada en el sudeste de Asia, incluyendo el este de Arabia este de Filipinas y desde el Himalaya al sur hasta Indonesia.
“Hay que añadir que el limón, como todos los frutales, es un cultivo permanente. Desde el momento de la siembra, recién al tercer año se obtiene la primera cosecha y de allí en adelante, la misma planta da varias cosechas durante unos 30 años, antes de que se vuelva a sembrar” (Chirinos Soriano & Quispe Carranza, 2018).
Descripción botánica y características
2.2.2
El limón sutil es un árbol pequeño o arbusto de 4 a 5 m de altura, con tronco a menudo torcido y ramas con espinas axilares cortas y duras. Hojas oblongo-ovales o elíptico-ovales de 2.5 a 9 cm de longitud y 1.5 a 5.5 cm de ancho. Base redondeada y ápice ligeramente recortado. Márgenes ligeramente crenulados. Pecíolos notablemente alados. 6 Flores blancas de 1.5 a 2.5 cm de diámetro, fragantes, que se disponen en inflorescencias axilares de 1 a 7 flores. Frutos ovales o globosos con un ápice ligeramente deprimido, de color verde oscuro al principio pasando a verde amarillento o amarillo en la madurez. Mide 3.5 a 5 cm de diámetro o más. Su piel es delgada y se rompe fácilmente. La pulpa es verdosa, jugosa, muy ácida. Semillas pequeñas, ovales altamente poliembriónicas (producen dos o más plantas por semilla). Fue introducida en América desde los primeros viajes de Colón. (Puente Huera, 2006, pág. 5).
Tabla 2.1. Clasificación Taxonómica
Partes del limón
2.2.3
Este fruto cítrico está compuesto por tres partes: Epicarpio o flavedo, el Mesocarpio o albedo y el Endocarpio, según (Angulo Mendoza, 2016):
El Epicarpio es una capa delgada que posee los pigmentos que cambian de color durante la maduración de verde a amarillo, de gran aroma debido a los compuestos terpénicos que componen los aceites esenciales.(Gonzales Reyna, 2013) en su investigación menciona que el pericarpio contiene el aceite esencial, está compuesto principalmente de limoneno (60 – 75%) acompañado de beta – pineno (8 – 12%). Los componentes responsables del aroma son aldehídos monoterpénicos (2 – 3%) principalmente geranial, neral y citronelal).
El Mesocarpio es la parte blanca que contiene pectinas que le confieren firmeza a la corteza. A medida que el fruto va madurando el albedo tiende a degradarse por acción enzimática, debido a esto cosechan los cítricos en estado inmaduro (verde) para obtener el mayor rendimiento de pectina (Angulo Mendoza, 2016)
Reino:
Vegetal
Clase:
Angiospermae
Subclase:
Dicotiledónea
Orden:
Rutae
Familia:
Rutaceae
Género:
Citrus
Subgénero:
Eucitrus
Especie:
Citrus aurantifolia Swingle
Nombres comunes: Limón criollo, lima mexicana, lima
ácida, lima chica, lima boba, limón
chiquito, limón corriente, limón agrio.
El Endocarpio está formado por la pulpa que contiene las vesículas con el jugo. El
endocarpio se encuentra dividido por el septum formando de 10-14 gajos en ellos se
encuentran las semillas, 10 aproximadamente por limón ubicadas alrededor del eje
central
. (Angulo Mendoza, 2016)Figura 2.2. Partes de Citrus Aurantifolia Fuente: (Angulo Mendoza, 2016, pág. 6)
Figura 2.3. Flor y fruto del limón sutil Fuente: (Angulo Mendoza, 2016)
Valor Nutricional
2.2.4
El limón es un verdadero tesoro nutricional y muy favorable para nuestra salud. Es una fruta curativa, ya que nos aporta vitaminas, elimina toxinas y es un poderoso bactericida.
Tabla 2.2. Valor nutricional del limón sutil en 100 g de jugo
Componentes químicos en el limón
2.2.5
Flavedo (Epicarpio)
2.2.5.1
Según (Cerutti & Neumayer, 2004) la cáscara del limón contiene 0,4 % de aceite, se encuentra en sacos de forma ovalada en el pericarpio o en la porción coloreada de la cáscara, y actúa como barrera tóxica natural contra varios microorganismos e insectos. (Albadejo Meroño, 2008) nos menciona que está compuesta por:
Clorofila: Es un pigmento de color verde que está presente en los frutos no maduros y que permite realizar la fotosíntesis. A medida que el fruto madura hay una enzima (proteína), llamada clorofilaza que transforma la clorofila en azúcares de alto contenido energético y poco a poco va apareciendo el color amarillo del fruto.
Caroteno: Es un pigmento que aparece a medida que va degradándose la clorofila y es el responsable de la aparición del color amarillo en los frutos maduros. Al ingerirse el cuerpo humano es capaz de transformarlo en vitamina A.
Xantofila: Es otro pigmento muy parecido al caroteno en cuanto a composición química.
Agua (g)
90.1
Proteínas (g)
1.1
Lípidos (g)
0.03
Carbohidratos (g)
8.2
Calorías (Kcal)
27
Vitamina A (U.I)
20
Vitamina B1 (mg)
0.04
Vitamina B2 (mg)
0.02
Vitamina B6 (mg)
0.06
Ácido nicotínico (mg)
0.1
Ácido pantoténico (mg)
0.2
Aceite esencial de limón: Es el producto más utilizado de la cáscara y está compuesto por estearoterpenos (citropteno, alcanfor, etc.), sesquiterpenos, alcoholes y cetonas que son las responsables del aroma y las propiedades terapéuticas del limón.
Albedo (Mesocarpio)
2.2.5.2
Esta compuesta por:
Agua: Es el componente mayoritario cuando el limón está fresco. Azúcares, celulosa y materias pépticas cuando el limón está seco.
Endocarpio (Pulpa)
2.2.5.3
Es la parte central del fruto que contiene las vesículas repletas de zumo y que en su composición tiene:
Principios activos: Agua, proteínas, grasas, hidratos de carbono, cenizas, calorías, grasas, ácido cítrico, ácido málico, sacarosa, citrato cálcico y la conocida vitamina C que es el componente fundamental ocupando un 60%.
Sales minerales: Potasio, sodio, calcio, fósforo, magnesio, hierro, azufre, cloro, cobre, zinc, yodo y manganeso.
Vitaminas: A, B1, B2, B6, C, P (citrina) y nicotinamida.El componente más importante del aroma de limón es el citral, mezcla de geranial y neral. En la corteza de limón la proporción es aproximadamente 40% neral y 60% geranial, mientras que en el zumo el citral contiene 5% neral y 95% de geranial.
Clasificación de Aceites Esenciales
2.2.5.4
Los aceites esenciales se clasifican con base en los siguientes criterios: consistencia, origen, o naturaleza química de los componentes mayoritarios.
a. Por su consistencia:
Las esencias fluidas. - Son líquidos muy volátiles a temperatura ambiente (esencias
de albahaca, caléndula, citronela, romero, tomillo, menta, salvia, limón) (SENA,
2017).
Los Bálsamos. – Son de consistencia más espesa, poco volátiles, contienen
principalmente sesquiterpenoides y son propensos a polimerizarse (SENA, 2017).
Las Oleorresinas. – Tienen el aroma de las plantas en forma concentrada, son
típicamente líquidos muy viscosos o sustancias semisólidas. Contienen los aceites
esenciales, los aceites fijos, los colorantes y los principios activos de la planta
(SENA, 2017).
b. Por su origen
Aceites Esenciales Naturales. - Se obtienen directamente de la planta y no se
someten posteriormente a ninguna modificación fisicoquímica o química, son
costosos y de composición variada (SENA, 2017).
Artificiales. - Se obtienen por enriquecimiento de esencias naturales con uno de sus
componentes; también se preparan por mezclas de varias esencias naturales
extraídas de distintas plantas (SENA, 2017).
Sintéticos. - Son mezclas de diversos productos obtenidos por procesos químicos,
son más económicos y por lo tanto se utilizan mucho en la preparación de
sustancias aromatizantes y saborizantes (SENA, 2017).
c. Por su naturaleza química
Según la estructura química de los componentes mayoritarios que determinan el
olor particular de los aceites, estos se dividen en tres grupos principales:
Monoterpenoides
Sesquiterpenoides
Compuestos oxigenados (alcoholes, aldehídos, cetonas) (SENA, 2017).
Características físicas y químicas del aceite esencial
2.2.6
Características Organolépticas
2.2.6.1
Se describe el olor, color, sabor y aspecto de los aceites obtenidos, puesto que estas
características físicas contribuyen a la definición de la calidad y además orientan sobre las
posibles aplicaciones industriales (SENA, 2017).
Características Físicas
2.2.6.2
Para definir la calidad de un aceite esencial se determinan las siguientes constantes
físicas:
Densidad a °C. - Tiene interés por encontrarse siempre citada en literaturas afines,
ayudando a definir calidades.
Índice de refracción. - Se practica su determinación porque puede señalar
adulteraciones y envejecimientos de los aceites.
Poder Rotatorio. - Los componentes de los aceites esenciales con frecuencia son
ópticamente activos, es decir, desvían el plano de polarización de la luz.
Solubilidad en etanol. – Todos los aceites esenciales son solubles en alcohol etílico
absoluto y muchos son solubles en alcohol etílico diluido. Es, además una técnica
muy sencilla para detectar adulteraciones provocadas por la adición de aceites
vegetales o minerales, que son insolubles en alcohol. (SENA, 2017)
a. Características químicas
Además del pH, algunas de las características químicas más importantes de los
aceites esenciales son:
Índice de acidez. - Indica el grado de acidez de un aceite esencial, y expresa el
número de miligramos de hidróxido potásico necesarios para neutralizar los ácidos
que contiene un gramo de aceite.
Índice de éster. - Se determina el contenido de ésteres de la muestra, y se expresa
el número de miligramos de hidróxido potásico necesarios para saponificar los
ésteres que contiene un gramo de aceite esencial.
Índice de saponificación. - Representa la suma del índice de acidez y el índice de
éster.
Composición Porcentual. - La cual puede ser de interés para los casos en que la
calidad del aceite esencial está definida por su contenido en determinados
compuestos.
b. Características cromatográficas y espectroscópicas
El uso de algunas técnicas modernas del análisis instrumental (CG/EM) hace
posible la cuantificación y cualificación de los aceites esenciales (SENA, 2017).
Aceite esencial de limón
2.2.7
Definición
2.2.7.1
Según (Chirinos Soriano & Quispe Carranza, 2018) se denomina aceite esencial, a aquella sustancia volátil, generalmente líquida y de naturaleza oleosa que se extrae por un procedimiento físico, casi exclusivamente de fuentes vegetales.
También se le define como compuestos complejos, naturales y volátiles que se caracterizan por tener un fuerte olor, esto debido a que son obtenidos a partir de materias primas naturales aromáticas, esta constituidos principalmente por terpenos, alcoholes, cetonas, fenoles, ácidos, aldehídos y esteres. (Rojas Olivos, 2009)
A los aceites esenciales se les denominan también aceites volátiles, aceites etéreos, esencias; debido a que son los principales compuestos aromáticos que existen en diversas partes de las plantas y constituyen la parte activa de ella.
La mayoría de las moléculas aromáticas se basan en la estructura terpénica compuesta de cadenas de isopreno de 5 carbonos, hay muy pocas moléculas aromáticas de más de 20 carbonos. A través del proceso de oxidación (agregado OH-) y reducción (quitando H+) se forma alcoholes, aldehídos, cetonas, ésteres, lactonas y ácidos; entre mayor sea el proceso de oxidación, la partícula se vuelve más soluble en agua y menos en grasa, esto significa que dentro de los aceites esenciales los terpenos poseen estas características. (Rojas Olivos, 2009)
Según (Bruzone) requieren:
Aproximadamente 200 Kg. de limón para obtener 1 Kg. de aceite esencial.
Además de ser utilizado como aromatizante y saborizante por la industria de alimentos,
se emplea en la fabricación de cosméticos, perfumes y productos de limpieza.
Las pulpas congeladas, cáscaras deshidratadas, pellets, etc., son subproductos de
menor valor comercial.
El Aceite Esencial de Limón presenta las siguientes características:
Se trata de un líquido de color amarillo pálido a verde amarillento; posee un aroma
fresco que recuerda a la cáscara madura del fruto. Su densidad relativa a 20/20°C es de
0,850 a 0,859.
El principal constituyente químico es el limoneno, que representa algo más del 60%
del total.
La industria de bebidas sin alcohol es la principal consumidora de este aceite, que lo
emplea como saborizante en las bebidas carbonatadas, aguas de soda y jugos.
La demanda restante corresponde a las industrias de cosméticos y perfumería que lo
usan como aromatizante. También es utilizado en tratamientos de aromaterapia y se le
atribuyen diversas propiedades terapéuticas.
Componentes Químicos del Aceite esencial de limón
2.2.7.2
Según (Cerutti & Neumayer, 2004) los aceites esenciales generales son mezclas complejas de hasta más de 100 componentes que pueden tener la siguiente naturaleza química:
Compuestos alifáticos de bajo peso molecular (alcanos, alcoholes, aldehídos, cetonas,
ésteres y ácidos)
Monoterpenos
Sesquiterpenos
Fenilpropanos
El aceite de limón, contiene aproximadamente 2% de sustancias no volátiles en su mayoría en la forma de Coumarince, alrededor de 18 alcoholes, 16 aldehídos, 11 ésteres, 3 cetonas, 4 ácidos, y 23 hidrocarburos. Los componentes mayoritarios del aceite esencial obtenido por prensado de la cáscara son:
63% limoneno (Monoterpeno monocíclico)
12 % beta-pineno (Monoterpeno Bicíclico)
9 % gama-terpineno (Monoterpeno monocíclico)
Otros componentes cualitativamente importantes son:
1,5 % geranial (aldehído)
1,0 % neral (limón) (aldehído)
0,5 % neril acetato (frutal, floral, rosa)
0,4 % geranil acetato (frutal, floral, rosa)
0,2 % citronelal (fuerte, cítrico, verde)
0,2 % linalol (brillante, lavanda) (monoterpeno acíclico)
0,1 % nonanal (fuerte)
Los hidrocarburos de terpenos, los cuales constituyen la mayor parte del aceite son insolubles en agua y susceptibles a oxidaciones. Para producir un aceite estable y soluble se llevan a cabo operaciones de extracción, concentración y deterpenización. (Cerutti & Neumayer, 2004)
A continuación, se describirán algunas estructuras químicas principales y sus propiedades de los compuestos químico presentes en el aceite esencial de limón:
Figura 2.4. Compuestos característicos del aceite esencial de limón Fuente: (Cerutti & Neumayer, 2004)
Tabla 2.3. Clasificación de los compuestos químicos del A.E.L y sus propiedades fisicoquímicas
Fuente: (Serio Clementina, pág. 19)
Componente Compuestos Índice Refracción P.Esp. a 20°/4°C Poder Rotatorio Punto de Ebullición °C HIDROCARBUROS TERPÉNICOS α-pineno 1,4658 0,858 + 48° 4' 154° - 156° β-pineno 1,4724 0,866 - 22° 20' 162° - 166° Canfeno 1,4712 0,848 - 84° 9' 159°- 160° β-felandreno 1,4788 0,8520 + 18° 54' 172° - 174° p-cimeno 1,4917 0,8570 --- 175° - 175° d-limoneno 1,4749 0,8420 + 126° 84' 177° l-limoneno 1,4747 --- --- 177° dl-limoneno 1,473 0,8450 --- 176° - 178° γ-terpineno 1,4765 0,8490 --- 183° ALDEHIDOS Citral 1,4885 0,8970 --- 228° - 229° Citronelal 1,475 0,8560 --- 202° - 206°
CETONAS heptenona Metil 1,4434 0,8660 --- 173° - 174°
ALCOHOLES Linalol 1,4624 0,8622 - 19° 37' 198° - 199° Geraniol 1,4798 0,8812 0° 229° α-terpineol 1,4832 0,9350 --- 219° Nerol 1,4732 0,8813 --- 225° Citronelol 1,4566 0,8565 + 4° 222° ÁCIDOS Acético 1,3715 1,049 --- 118° Láurico 1,4267 0,883 --- 298° Cáprico --- --- --- 270° HIDROCARBUROS Cadineno 1,5107 0,918 + 48° 7' 274° - 275° Bisaboleno 1,4901 0,871 0° 264° - 262°
ESTEAROPTENO Citropteno (Limetina) --- --- --- ---
ESTERES Acetato de linalilo 1,4500 0,8951 - 6° 35' a - 8° 3' 200° Acetato de geranilo 1,4628 0,9174 --- 110° a 10 mmHg
1.
TERPENOSTambién llamados Terpenoides, constituyen un grupo de metabolitos secundarios formados por unidades de 5 átomos de carbono o unidades de isopreno, por lo que también se conoce como isoprenoides. (Pérez Ibáñez, 2013)
a.
α-Pineno
Es un compuesto orgánico de la clase terpeno, uno de los dos isómeros del pineno. Se trata de un alquenos y contiene un anillo reactivo de cuatro miembros.
Es el miembro más importante del grupo o serie del pineno. Se encuentra en sus formas (+) y (-) en todas las esencias de trementina y forma parte de los aceites esenciales provenientes de numerosas especies vegetales, por lo tanto; es probablemente el terpeno más abundante distribuido en la naturaleza y es además un producto de importancia industrial, pues por ser fácilmente asequible y barato, es la base de la mayor parte de las síntesis en la familia de los terpenoides. (Grzona, pág. 17)
Investigaciones realizadas por Schimmel & Co. y Burgess y Child, llevan a la conclusión de que muy pocas veces, se encuentran en los aceites de limón, trazas o pequeñas cantidades de α-pineno. Es un líquido móvil Incoloro, que por reposo prolongado absorbe como todos los terpenos, el oxígeno del aire, oxidándose. (Serio Clementina, pág. 14)
(Gutierrez Alvarado, 2011) en su investigación indica algunas: Figura 2.5. Estructura del Isopreno
Propiedades Fisicoquímicas: Formula Molecular:
Peso Molecular: 136.23 g/mol Aspecto: Líquido claro desconocido Densidad: 0.858 g/mL, líquido a 20°C
Solubilidad: Poco soluble en agua, Soluble en ácido acético, etanol y acetona. Punto de Fusión: -64°C
Punto de Ebullición: 155°C
En la figura se muestra la estructura en forma tridimensional de este compuesto:
b.
β-Pineno
Es un compuesto orgánico que se encuentra en las plantas. Es uno de los dos isómeros de pineno, el otro es α-pineno. Es un líquido incoloro soluble en alcohol, pero no en agua. Tiene un olor a madera -pino verde.
Propiedades Fisicoquímicas: Formula Molecular:
Peso Molecular: 136.23 g/mol Aspecto: Líquido claro desconocido Densidad: 0.872 g/mL, líquido a 20°C
Figura 2.6. Estructura del
α-
pineno Fuente: (Grzona, pág. 17)c.
Canfeno
Es un monoterpeno bicíclico. Es casi insoluble en agua, pero es bastante soluble en algunos solventes orgánicos comunes. Volatiliza rápidamente a temperatura ambiente y posee un aroma acre o pungente. Es el único terpeno sólido existente en la naturaleza. Burgess & Child, reconocieron la presencia de canfeno en el aceite de limón. (Serio Clementina)
Propiedades Fisicoquímicas: Formula Molecular: Peso Molecular: 136.23 g/mol
Densidad: 0.842 g/mL, líquido a 20°C Solubilidad: No soluble en agua. Punto de Fusión: 48 -52°C Punto de Ebullición: 159°C
d.
β-Felandreno
Es un líquido de olor particular, ha sido descrito como picante-menta y ligeramente cítrico, pero no desagradable. Su presencia en el aceite de limón fue identificada primero por Schimmel & Co. y confirmada luego por Gildemeister y Moller. (Serio Clementina)
Propiedades Fisicoquímicas Formula Molecular: Peso Molecular: 136.23 g/mol
Densidad: 0.842 g/mL, líquido a 20°C Solubilidad: No soluble en agua
.
Punto de Ebullición: 171°C
e.
p-Cimeno
Es un compuesto orgánico aromático de origen natural. Se clasifica como un alquilbenceno relacionado con un monoterpeno. Su estructura se compone de un anillo de benceno para sustituido con un grupo metilo y un grupo isopropílico. Se encuentra en numerosos aceites volátiles como el limón. (Serio Clementina)
Propiedades Fisicoquímicas Formula Molecular:
Densidad: 0.857g/mL, líquido a 20°C
Solubilidad: No soluble en agua, miscible con etanol Punto de Ebullición: 177°C
f.
Limoneno
Es una sustancia natural que se extrae de las cáscaras de los cítricos. Es la sustancia que da olor característico a las naranjas y limones. El limoneno dextrógiro (+) es un líquido aceitoso que puede extraerse fácilmente de la cascara del limón y es el responsable de su olor. (Hober, 2011)
Propiedades Fisicoquímicas Formula Molecular:
Peso Molecular: 136.23 g/mol Densidad: 0.841g/mL, líquido a 20°C Punto de Ebullición: 176°C
2.
ALDEHIDOSSon aquellos compuestos en los cuales el grupo carbonilo está enlazada al carbono y al hidrógeno (Graham Solomons, 1988). Su fórmula general es RCHO; son compuestos que se oxidan con facilidad y son muy reactivos a las adiciones nucleofílicas. (Bolívar)
Figura 2.10. Estructura del Limoneno
a.
Citral
Es el principal constituyente de numerosos aceites esenciales. Es el más importante y característico componente del aceite esencial de limón. Es un líquido ligeramente amarillo, ópticamente inactivo, con olor y sabor penetrante a limón (Serio Clementina).
Propiedades Fisicoquímicas Formula Molecular:
Peso Molecular: 152.24 g/mol Densidad: 0.841g/Ml
Punto de Ebullición: 229°C
3.
CETONASEste compuesto orgánico se caracteriza por poseer un grupo funcional carbonilo unido a dos átomos de carbono. Las cetonas suelen ser menos reactivas que los aldehídos dado que los grupos alquílicos actúan como dadores de electrones por efecto intuitivo. Se forman cuando dos enlaces libres que le quedan al carbono del grupo carbonilo se unen a cadenas hidrocarbonadas. (Pereira & Walton, 2013)
4.
ALCOHOLESSon compuestos en los cuales un grupo oxhidrilo está unido a un carbono saturado. El carbono saturado puede ser un carbono o un grupo alquilo simple (Graham Solomons, 1988).
Figura 2.13. Estructura de Cetonas
Figura 2.14. Estructura de los alcoholes Fuente: (Hernández Hernández, 2013)
Usos del Aceite Esencial de Limón
2.2.8
El aceite esencial de limón en la industria de extractos, como agente saborizante, en la elaboración de perfumes y cosméticos.
El aceite esencial de limón obtenido por el medio de destilación es el que a nivel industrial tiene mayor uso, ya que es empleado como principal ingrediente aromatizante de bebidas carbonatadas no alcohólicas, principalmente en la obtención del conocido sabor cola. También se emplea en la industria de caramelos, pastelería y productos alimenticios horneados, en la elaboración de aromatizantes, saborizantes y algunas aplicaciones en la industria de los cosméticos y perfumes.
El aceite esencial de limón obtenido por el método centrifugado se caracteriza por poseer un sabor más delicado, por ello se utiliza en la elaboración de caramelos finos y en la elaboración de perfumes, colonias, - cosméticos y jabones, a los cuales les confiere propiedades refrescantes. (Chirinos Soriano & Quispe Carranza, 2018)
El aceite de limón puede ser utilizado como:
Ingrediente alimenticio. - Una adición sabrosa para postres como tartas, pasteles y adobos.
Aceite de aromaterapia y ambientador debido a su agradable fragancia cítrica.
Medicina. - Es utilizado para tratar problemas de salud como dolores de cabeza, diabetes,
presión arterial alta, problemas respiratorios y asma.
Para hacer gárgaras. - Para aliviar el dolor de garganta, inflamación de la boca y
amigdalitis.
Tratamiento de callos y verrugas. - Su aplicación regular en las zonas afectadas podría
ayudar a reducir la aparición de estas condiciones en su piel.
Producto para el cabello y la piel. - Puede ayudar a tratar la piel manchada, exfoliar la piel
muerta y reducir el acné.
También puede mejorar la apariencia del cabello y es utilizado para eliminar la caspa. El
aceite de limón también se añade a los productos para el cuidado personal.
Desinfectante. - Un desinfectante ideal para tablas de picar, cubiertas de cocina, baños
públicos, e incluso hospitales.
Eliminador de manchas. - Puede ayudar a eliminar la resina, aceite y manchas de grasa en
la ropa y las superficies.
Métodos de Extracción de Aceites Esenciales
2.2.9
Según la variedad del material vegetal, parte de la planta a emplear y estabilidad del
aceite esencial que se pretenda obtener, se emplean diversos procedimientos físicos y
químicos de extracción, donde su correcta aplicación será lo que determine la calidad del
producto final. (SENA, 2017)
Dependiendo de las variables anteriores, se tienen diversas técnicas de extracción,
como se muestra en la siguiente tabla:
Tabla 2.4. Métodos de Extracción
Fuente: (SENA, 2017)
Tipo de Método
Procedimiento
Productos Obtenidos
1. Métodos directos
Extrusión/Prensado
Aceites esenciales cítricos
Exudación
Gomas, resinas, bálsamos
2. Destilación
Directa
Aceites esenciales y aguas
aromáticas
Arrastre con vapor de agua
Destilación - maceración
(liberación enzimática de
agliconas en agua caliente)
3. Extracción con
solventes
Solventes Volátiles
Infusiones y resinoides
alcohólicos
Concretos y absolutos
Solventes fijos (grasas y
aceites)
Absolutos de pomadas
Absolutos de enflorados
Extracción con fluidos en estado supercrítico
Métodos Directos
2.2.9.1
Se aplican principalmente a los cítricos, porque sus aceites están presentes en la corteza de la fruta. El aceite de los cítricos está contenido en numerosas celdas del epicarpio. Al exprimir la corteza tales celdas se rompen y liberan el aceite, el cual se recoge inmediatamente para evitar que sea absorbido por la corteza esponjosa que resulta después de este tipo de procesos. (SENA, 2017)
a. Prensado en frio (Expresión). –
El material vegetal es exprimido para liberar el aceite y este es recolectado
y filtrado (Martínez, 2003).
Es sin duda el aceite de la más alta calidad alcanzable por cualquier tipo de
exprimidor. Esta técnica se reserva para las cáscaras de los cítricos (limón, lima,
naranja). El aceite esencial de los cítricos se encuentra en pequeñas bolsas situadas
bajo la piel del fruto (pericarpio). Para llevar a cabo esta técnica se utilizan prensas
hidráulicas. A continuación, se separa la pulpa y el aceite esencial en la centrifuga.
Destilación
2.2.9.2
La destilación es un método para separar sustancias químicas, que se basa en la
diferencia de volatilidades; esta forma parte de los procesos químicos de operaciones unitarias
y puede ser dividida en cuatro grupos: a nivel laboratorio, destilación industrial, destilación de
plantas para perfumería, medicina y para alimentos. (Gutierrez Alvarado, 2011, pág. 19)
Consiste en separar 2 o más componentes de una mezcla líquida aprovechando sus
diferencias en cuanto a la presión de vapor. Supongo una sustancia líquida a una determinada
temperatura. Parte de las moléculas de esta sustancia debido a que no todas tienen la misma
velocidad, rompen la atracción de las moléculas del líquido y pueden pasar a la fase gaseosa.
En la fase gas no todas las moléculas van a tener la misma energía. Aquellas moléculas de la
fase gaseosa con menor energía podrán ser atrapadas por el líquido y tendremos una situación
de equilibrio entre el líquido y el gas. Existe la misma velocidad en las moléculas de líquido a
vapor como de vapor a líquido. La presión de vapor depende de la temperatura a que trabaje,
de la naturaleza de la sustancia. Las sustancias con menor tendencia a pasar a gas son menos
volátiles. La cantidad máxima de moléculas en fase gas viene dada por la presión de vapor
(Vilca Carta, 2009).
a. Destilación Simple. –
“La destilación es el proceso que consiste en calentar un líquido hasta
que hierva, la captura y el enfriamiento de los vapores calientes resultantes, y
recoger los vapores condensados” (Gutiérrez Cruz & Tunqui Quispe, 2017).
La destilación permite separar componentes de una mezcla líquida con
punto de ebullición diferentes. A mayor diferencia entre puntos de ebullición
más eficiente es la separación. A Nivel de laboratorio; en la destilación simple
se utiliza un matraz de fondo redondo conectado a un condensador. En la boca
del matraz se coloca un tapón con un bulbo, cuyo bulbo es introducido a un
extremo del condensador por donde salen los gases. Los gases pasan al
condensador, donde se encuentran con una temperatura menor, luego el líquido
condensado se recibe en un matraz Erlenmeyer. A nivel industrial; para la
destilación simple utilizan alambique, considerado el dispositivo más antiguo
usado para la destilación de mostos fermentados, como de esencias vegetales
(Iñiguez, 2010)
b. Destilación con arrastre de vapor de agua. –
La destilación es un proceso para separar los volátiles de los no
volátiles. Dentro del concepto básico, se trata de calentar una mezcla hasta que
la parte volátil hierva, entonces, su vapor pasa a un condensador, donde es
enfriado y se condensa; es decir, se convierte nuevamente en líquido (Chirinos
Soriano & Quispe Carranza, 2018).
Según (Gonzales Reyna, 2013) Lo anterior se logra por medio de la
inyección de vapor de arrastre, pero en realidad su función no es la de
“arrastrar” el componente volátil, sino condensarse en el matraz formando una
fase inmiscible que cederá su calor latente a la mezcla a destilar para lograr su
evaporación. En este caso se tendrán la presencia de dos fases insolubles a lo
largo de la destilación (orgánica y acuosa), por lo tanto, cada líquido se
comportará como si el otro no estuviera presente. Es decir, cada uno de ellos
ejercerá su propia presión de vapor y corresponderá a la de un líquido puro a
una temperatura de referencia.
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 para efecto de los cálculos:
Donde:
P= Presión total del sistema Pa°= Presión de vapor del agua Pb°= Presión de vapor del aceite
Por otra parte, el punto de ebullición de cualquier sistema se alcanza a la temperatura a la cual la presión total del sistema es igual a la presión del confinamiento. Y como los dos líquidos juntos alcanzan una presión dada, más rápidamente que cualquiera de los componentes puros.
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 que el punto de ebullición permanecerá constante mientras ambos líquidos estén presentes en la fase líquida. En el momento que uno de los líquidos se elimine por la propia ebullición de la mezcla, la temperatura ascenderá bruscamente.
Si en mezcla binaria designamos y a las fracciones molares de los dos líquidos en la fase vapor, tendremos:
Dividiendo:
son las fracciones molares de A y B en cualquier volumen dado de vapor, por lo tanto:
