EXTRACCION CON FLUIDOS SUPERCRITICOS

Las plantas poseen una variedad de mezclas de compuestos bioactivos tales como lípidos,grasas, fotoquímicos, fragancias, pigmentos y sabores que son ampliamente utilizados en la agroindustria alimentaria y no alimentaria, en la industria farmacéutica y en la industria cosmética. Para separar estos compuestos (solutos) de la fase sólida, ésta se pone en contacto con una fase líquida, ambas fases entran en contacto íntimo y el (los) soluto(s) se difunde(n) desde el sólido a la fase líquida, lo que permite una separación de los componentes de su estructura natural original.

Este proceso se conoce como lixiviación y para realizarlo existen varios métodos. Un proceso importante es la lixiviación de azúcar de las remolachas con agua caliente. Otros procesos muy utilizados consisten en la extracción de aceites vegetales, en los cuales se emplean disolventes orgánicos como hexano, acetona y éter, para extraer aceites de maní, soja, semillas de lino, ricino, girasol o algodón (Geankoplis, 1999).

Los métodos tradicionales de extracción requieren altos tiempos de residencia y grandes cantidades de solvente. Estos métodos se basan en la selección del solvente asociado con el uso de calor y/o agitación e incluyen el soxhlet, la hidrodestilación y maceración mezclada con agua, alcohol o grasa caliente. El soxhlet es una técnica estándar y la principal referencia para evaluar el rendimiento de otros métodos de extracción sólido – líquido (Luque de Castro y García-Ayuso, 1998).

De un tiempo a esta parte se han desarrollado varias técnicas nuevas para la extracción de solutos de matrices sólidas, entre ellas se tiene: la extracción asistida con ultrasonido (Vinatoru, 2001), la extracción asistida con microondas (Kaufmann y Christen, 2002), la extracción con solvente acelerado (Kaufmann y Christen, 2002; Smith, 2002) y la extracción con fluidos supercríticos (Brunner, 2005; Rozzi y Singh, 2002), con el objeto de acortar el tiempo de extracción, disminuir el consumo de solvente, aumentar el rendimiento de extracción y mejorar la calidad del extracto.

EXTRACCION CON FLUIDOS SUPERCRITICOS

Es una operación unitaria que aprovecha el poder disolvente de fluidos a temperaturas y presiones por encima de sus valores críticos Un fluido supercritico es cualquier fluido a una temperatura superior a la temperatura critica, Tiene propiedades intermedias entre un liquido y un gas

Estas propiedades incrementan el poder disolvente de un fluido supercrítico y le proporcionan mayor poder penetrante en el material a extraer , los fluidos supercríticos son superiores a los liquidos en cuanto a la capacidad de penetrar en los microporos de una estructura solida y son superiores a los gases en cuanto a su difusión.

Entre ellos el dióxido de carbono es consideraro el disolvente que al estado supercrítico podría decirse que es el ideal ya que no es toxico ni inflamable en económico y posee una Tc baja ( Tc= 304ºK, Densidad c = 0.468 Pc= 7.38x 106. Los FSC se caracterizan por el amplio rango de densidades que pueden adoptar. Por encima de las condiciones críticas, pequeños cambios en la presión y la temperatura producen grandes cambios en la densidad, podríamos definir este punto como aquel por encima del cual no se produce licuefacción al presurizar, ni gasificación al calentar; y por ende un fluido supercrítico es aquel que se encuentra por encima de dicho punto.

Los FSC presentan ventajas en los procesos de extracción, ya que al comportarse como un líquido facilita la disolución de los solutos, a la vez que, su comportamiento como gas permite una fácil separación de la matriz. Esto conlleva un proceso de

extracción más rápido, eficiente y selectivo que en el caso de la extracción líquido-líquido. Además, se pueden usar "disolventes verdes" como el CO2 evitando el uso de los habituales disolventes clorados de las extracciones líquido-líquido.

Este proceso conjuga la extracción con liquidos y la destilación, la extracción queda virtualmente libre de solvente residual , se reduce el requerimiento energetico

Los fluidos supercríticos son :

PROCESO DE EXTRACCIÓN CON FLUIDOS SUPERCRITTICOS.

Este se hace pasar por el extractor en el que se encuentra la materia prima de la que se quiere extraer el compuesto de interés. En el caso de los líquidos se trata de una columna de extracción en la que se introduce el dióxido de carbono supercrítico por la parte inferior y el líquido a tratar por la parte superior. En ambos casos el CO2 sale del equipo cargado con los compuestos de interés y mediante un cambio de presión y/o temperatura se provoca un cambio en la densidad del fluido y por lo tanto en su capacidad de disolución. Generalmente se suele reducir la presión, ya que el aumento de temperatura suele estar desaconsejado cuando se trabaja con materiales sensibles al calor. En los casos más extremos de cambios de densidad se procede a reducir la presión hasta que el CO2 es un gas. La corriente se introduce en un ciclón en el que se separan los compuestos de interés, que precipitan al fondo del equipo, de dióxido de carbono, que sale por la parte superior. Posteriormente se enfría la corriente de CO2 hasta volver de nuevo al punto 1 del ciclo de producción. El extracto se obtiene libre de impurezas en el separador ciclónico, lo que le confiere unas condiciones óptimas para su uso en la industria cosmética, farmacéutica o alimentaria

Ambos tipos se realizan en dos etapas la extracción y la separación

A presión controlada, el disolvente comprimido a una determinada presión disuelve el soluto en un recipiente de extracción. Luego la solución es expandida en la etapa de separación para precipitar el extracto y finalmente el disolvente es recomprimido para ser reciclado

A Temperatura controlada. Se diferencia del anterior en la etapa de separación ya que en este caso el extracto es precipitado calentando la solución para disminuir la densidad del solvcente . la densidad se aumenta luego para reciclar mediante un enfriamiento isobárico. Este proceso es altamente eficiente energéticamente debido a que el calor se transfiere directamente entre las etapas de calentamiento y enfriamiento y en la proximidad de condiciones isobáricas minimiza la energía de compresión.

CARACTERISTICAS DE LOS FLUIDOS SUPERCRITICOS1. Poseen alto coeficiente de difusión y viscosidad más baja que los líquidos; 2. Ausencia de tensión superficial, la cual aumenta la operación de extracción dada la rápida penetración de estos al interior de los poros de la matriz heterogénea; 3. La selectividad durante la extracción puede ser manipulada dada la variación de las diferentes condiciones de operación temperatura y presión afectando la solubilidad de varios componentes en el fluido supercrítico; 4. La extracción con fluidos supercríticos no deja residuos químicos; 5. La extracción con CO2 supercrítico permite su fácil recuperación por procesos de reciclaje. El CO2 supercrítico también ha sido usado en innumerables aplicaciones industriales que incluyen diferentes campos como: alimentos, agricultura, acuicultura, pesticidas, procesos microbianos, petroquímica y farmacéutica

VENTAJAS DE LA EXTRACCION CON FLUIDOS SUPERCRITICOS

La extracción con fluidos supercríticos consiste en la obtención de extractos de productos naturales mediante la tecnología de extracción con CO2 en estado supercrítico. Las principales ventajas de esta tecnología son:

Extracción a baja temperatura: evita degradación de producto por efecto de la temperatura, usualmente la extracción se realiza por debajo de 50ºC.

No utilización de disolventes orgánicos: en oposición a la extracción convencional la extracción con fluidos supercríticos no requiere la presencia de disolventes evitando así riesgos de manipulación con productos inflamables.

Instalación no ATEX. No emisiones de productos orgánicos volátiles.

ALGUNAS APLICACIONES COMERCIALES DE LA EXTRACCIÓN CON LOS FSC EN LA AGROINDUSTRIA AGROALIMENTARIA Las aplicaciones son: el fraccionamiento y la extracción de aceites y grasas, la extracción de antioxidantes naturales, la extracción de alcaloides, aromas y especias. Se describen a continuación estas aplicaciones y los procesos típicos como se llevan a cabo. Extracción y fraccionamiento de lípidosLas aplicaciones de los FSC en esta área se relacionan básicamente con el uso de dióxido de carbono, la ventaja principal de utilizar CO2 supercrítico está en la calidad del aceite obtenido por este medio en comparación con los aceites extraídos con solventes orgánicos tradicionales Otras ventajas comparativas son: (1) aceites prácticamente libres de fosfolípidos y glicolípidos. Los aceites convencionales contienen de 1 a 3% de lípidos polares. (2) Menor contenido de hierro. (3) Aceites claros y desodorizados. (4) Menores pérdidas por refinación y menor consumo de soda cáustica La desventaja está en la menor estabilidad oxidativa del aceite obtenido con CO2 debido a la ausenciade fosfátidos que en algunos casos protegen al aceite de la autooxidación.Extracción de antioxidantes naturalesSe está utilizando CO2 supercrítico para la obtención de tocoferoles a partir de soja y subproductos del aceite de oliva También se obtienen antioxidantes naturales a partir de la extracción de plantas tales como salvia y romero, que tienen actividad similar o mayor que las de los antioxidantes sintéticosExtracción de alcaloides, aromas y especiasUno de los campos de aplicación de la tecnología con FSC más desarrollados a nivel industrial es la obtención de ingredientes para la agroindustria, perfumes y cosmética. Otra aplicación clásica de los FSC es la usada en la descafeinación del café. El café contiene del 0.8 - 2% de cafeína cuyo consumo excesivo puede incidir en la salud de las personas por lo que industrialmente se elimina, pero que por otra parte, tiene un valor agregado por sus aplicaciones farmacéuticas.Otra aplicación interesante es la extracción de compuestos responsables del sabor amargo y característico de la cerveza La extracción con FSC se ha empleado en la eliminación de nicotina del tabaco