Se entiende como tal a una sustancia, mezcla o
elemento llevado, mediante operaciones mecánicas,
a unas condiciones operativas de presión y temperatura por encima de su punto
crítico; pero por debajo de la presión requerida para
condensarlo en un sólido. Como características de un fluido
supercrítico se encuentran:
Gran poder disolvente junto con una enorme capacidad de penetración en
sólidos, lo que permite el agotamiento rápido y prácticamente total de los
sólidos extraíbles.
Pueden separarse totalmente de forma sencilla de los extractos,
simplemente modificando la presión o la temperatura, hasta el extremo, si es
necesario, de que el fluido pase al estado gaseoso.
Fluidos usados para EFS:
Dioxido de carbono (CO2)
Agua (H2O)
Etano (C2H6)
Eteno (C2H4)
Propano (C3H8)
Xenon (Xe)
Oxido nitroso (N2O)
2. Métodos de extracción convencionales: Pros y Contras.
2.1. Extracción por arrastre de vapor
Bajo capital necesario para adquirir los equipos y accesorios. Inclusive
pueden ser móviles y usar diversas fuentes de energía: Proceso simple,
versátil y flexible.
Permiten trabajar con volúmenes grandes de materia prima en cada
corrida. Incluso sin tratamiento previo. El tiempo de extracción no se
altera, aunque si el rendimiento.
Se produce degradación térmica en el aceite esencial obtenido, es decir,
se inducen cambios químicos indeseables, como oxidación, hidrólisis y
oligomerización.
Altos costos operativos por carga de materia prima, debido a la
necesidad de energía para producir el vapor de agua.
2.2. Extracción por solvente
Es necesario un capital moderado para adquirir los equipos y los
servicios auxiliares.
El rendimiento es casi del doble de la extracción por arrastre o por EFS
y se obtienen "prácticamente todos" los compuestos presentes en la matriz
herbácea: Volátiles, grasas, ceras, pigmentos, etc.
Amerita usar equipos de vacío para obtener los aceites absolutos. Estos
equipos poseen altos costos operativos en comparación con los de extracción
por arrastre o EFS.
El uso de solventes orgánicos como alcoholes, hidrocarburos, éteres,
etc. conlleva a establecer varias etapas adicionales de purificación si la
esencia va a ser para el consumo o higiene humana. Normas internacionales de
calidad imponen límites muy exigentes en este aspecto. Esta restricción ha
provocado buscar nuevos solventes y optimizar al máximo su recuperación,
pero también ha elevado su costo y su aplicación.
2.3. Extracción por centrifugación
Los aceites esenciales obtenidos por este proceso tienen características
aromáticas superiores a los conseguidos por extracción por arrastre de
vapor, gracias a no ser un proceso térmico.
Los aceites obtenidos son más estables debido a los antioxidantes
naturales presentes.
Sin embargo, la fricción interna de la materia prima provoca un aumento
de temperatura no controlable que conlleva a una degradación térmica y a un
oscurecimiento del aceite.
La anterior consecuencia provoca usar equipos de purificación
adicionales para que el aceite cumpla con las normas internacionales de
calidad. Estos equipos poseen altos costos operativos e incrementan el
precio final del producto.
3. Productos naturales peruanos industrializables por EFS.
Fundamentos de la Extracción por Fluidos Supercríticos
(EFS)
La Figura siguiente muestra un diagrama esquemático del proceso de
EFS. Los cuatro pasos primarios involucrados son: Extracción, Expansión,
Separación y Compresión del solvente. Los cuatro eqiupos críticos del proceso
son: Un extractor de alta presión, una válvula de reducción, un separador de
baja presión y una bomba para elevar la presión del solvente reciclado. El
proceso se inicia de la siguiente manera: La alimentación, generalmente un
sólido molido, es cargada al extractor. El CO2 es alimentado al extractor a
traves de una bomba de alta presión (100 a 400 Bar). El CO2 comprimido es
calentado en un I.C. hasta la temperatura de extracción (30 a 60 °C). Luego
ingresa al extractor y procede a extraer la esencia de la matriz herbacea
cargada. La mezcla CO2-extracto es enviada a un separador (150 a 50 Bar) con
un previo paso a traves de una válvula de reducción. A la temperatura y
presión reducidas, el extracto precipita espontáneamente en el separador,
mientras el CO2, libre de cualquier extracto, es reciclado al proceso, con
pasos previos de enfriamiento y compresión.
La EFS para una alimentación sólida es un proceso semicontinuo, donde el
CO2 fluye en modo continuo, mientras la alimentación sólida es cargada en una
canasta del extractor por etapas.
Un co-solvente es frecuentemente bombeado y mezclado con el CO2 de alta
presión para aumentar el poder de solvencia o la selectividad de la separación
para componentes específicos. La separación es producida comunmente en etapas,
manteniendo condiciones diferentes en dos o tres separadores para fraccionar
el extracto, dependiendo de las solubilidades de los componentes y las
especificaciones deseadas de los productos.
Fig.1 Diagrama básico del proceso de EFS, I.S.A.S.F.,
Francia
Fig. 2 Proceso de extracción de SEPAREX, Francia.
Fig.3 Equipo piloto de EFS con 3 columnas de
extracción de 1.5 L, Food Science Australia.
Fig. 4 Equipo piloto de EFS con 3 columnas de 6 L, SEPAREX,
Francia.
Aplicaciones actuales de la EFS
Esencias de especias y oleoresinas.
Aceites esenciales: aromas y fragrancias.
Aceites grasos.
Medicinas naturales.
Pesticidas naturales.
Colorantes y preservantes.
Tabaco libre de nicotina
Café y té descafeinados.
Productos libres de colesterol.
Tratamiento de residuos orgánicos industriales.
Costos de la EFS
Diseño del proceso.
Adquisición de los equipos críticos y auxiliares.
Consumo de energía de la bomba de alta presión y del sistema
de reciclo.
Consumo de energía del extractor y separadores.
Infraestructura de la planta.
Aplicación de la EFS en el Perú
Gracias a nuestra situación geográfica, contamos con una de las mayores
megabiodiversidades en flora del planeta. De la información compilada, se
conocen 300 especies de plantas con potencial de extracción de sus agentes
activos, sin embargo, hay unas 3000 especies no catalogadas o desconocidas por
la ciencia, con igual o mayor potencial de industrialización. Esto nos
convierte en una fuente de importancia mundial, de
materia prima, para esta tecnología.
A diferencia de otros países, la aplicación de esta tecnología amerita una
proyección múltiple de productos. El Perú no posee suficientes áreas
cultivables para abastecer grandes volúmenes de un determinado producto. Razón
por la que la EFS deberá aplicarse para exportar una variedad comercial de
sub-productos. Ej: El aceite esencial de orégano se podría obtener con esta
tecnología en el Perú y así aprovechar las 6 especies existentes de esta
planta, ya que cada una de ellas posee diferente composición en su esencia.
Aunque esta tecnología no crearía puestos de trabajo directos, ya que se
necesitan ingenieros especialistas para el control y operación de los equipos.
Sin embargo, la generación de empleo se daría por el aumento en el número de
áreas cultivadas para las plantas a industrializar y en la mano de obra
necesaria para tratar la materia prima antes de su ingreso al proceso de
EFS.
El uso de esta tecnología nos permitiría aumentar la generación de divisas
y brindar un cluster peruano especializado en esta área.
Las posibilidades de aplicación más factibles serían:
a) Extracción de productos naturales (aromas, esencias, colorantes,
etc.);
b) Análisis selectivo de muestras sólidas y/o líquidas orgánicas;
c) Extracción de aceites vegetales y grasas.
Desde el punto de vista técnico, lo más apropiado sería crear un ente
técnico-científico donde funcionen los equipos "pioneros" y a partir de los
resultados obtenidos por éstos, se adquieran más equipos para las empresas
interesadas en esta tecnología. Esto debido a que la EFS necesita de una
abundante investigación pre-operativa para hallar los condiciones de operación
adecuadas. Además, por la diversidad de usos de esta tecnología, cada empresa
necesitaría sus propios datos y conocimientos para aplicar la EFS
exitosamente. La selección de los equipos merecería consideraciones
técnico-económicas para un posicionamiento de vanguardia en el mercado.
Desde el punto de vista económico, un consorcio formado por aquellas
empresas relacionadas con la elaboración de productos naturales sería lo
adecuado. Este consorcio financiaría el capital necesario para crear el ente y
adquirir los equipos "pioneros". De las investigaciones realizadas por el
ente, se podrían sugerir la adquisición o construcción de los equipos
necesarios para las empresas involucradas en el consorcio. Un financiamiento o
asociación externa para completar el capital del consorcio, también sería
adecuado.
Los procesos de extracción convencionales deberán compararse
frecuentemente con los resultados obtenidos por esta tecnología en cualquier
aplicación en que se trabaje. Esto debido a que la EFS no es la panacea
en la eficiencia o selectividad de la extracción de un producto.
Es necesario conocer los secretos que guardan los otros
procesos de extracción antes de empezar con la EFS. Ya que, estrictamente
hablando, sólo la EFS ha recibido un concienzudo análisis fenomenológico en
las últimas décadas, mientras las otros procesos han sido y son menospreciados
por su simplicidad y flexibilidad.
Un plan de estudios técnico-económicos, para la aplicación de esta
tecnología a diferentes productos naturales, deberá implementarse para fijar
los objetivos a cumplir para las próximas décadas. La participación de las
Facultades de Ingeniería Química y Química en este plan definirá la
asimilación académica de la EFS y motivará a las nuevas generaciones de
ingenieros a interesarse por esta tecnología.
Ventajas de la EFS
Extractos con mayor frescura y aroma natural.
Uso de temperaturas moderadas, lo cual permite evitar la degradación
térmica del extracto.
No hay presencia del solvente en el extracto.
Mayor presencia de agentes activos.
Mayor rendimiento por corrida.
Extractos libres de contaminantes biológicos: Mayor tiempo de vida.
Proceso amigo del ambiente.
Flexibilidad en la preparación del solvente.
Flexibilidad de las variables del proceso.
Equipos automatizados.
Limitaciones de la EFS
Al igual que los procesos de extracción convencional, es necesario
disponer de datos de equilibrio para conocer cómo se distribuye el componente
de interés en las distintas fases y determinar la composición del producto
extraído para cualquier composición de la mezcla inicial. Este es el mayor
problema de la EFS, ya que apenas se disponen de datos experimentales para
realizar los cálculos imprescindibles.
Los altos costos de los equipos y su relación inversa con el volumen de
extracto obtenido por corrida.
Desconocimiento del know-how necesario para la investigación y desarrollo
de esta tecnología en los países subdesarrollados.
Los extractos obtenidos pueden poseer características diferentes a las
conseguidas a través de otros procesos de extracción. Esto influye en la
predilección del mercado por un determinado producto en vez del obtenido por
la nueva tecnología.
Los equipos son móviles, pero necesitan una infraestructura segura, limpia
y apropiada para las condiciones de operación. Los ambientes húmedos, muy
fríos o congestionados no son recomendables. Por ello, instalaciones
pre-diseñadas que cumplan normas internacionales de seguridad e higiene son
necesarias.
Pasquel, A. y del Castillo, Abel.
Extracción del aceite de la cáscara de Bactris gasipaes HBK usando dióxido de
carbono presurizado. Revista Amazónica de Investigación Alimentaria. Vol. 2,
No. 1, 1-14, (2002).
Bibliografía
King, M.B. and Bott, T.R. Extraction of Natural Products using
near-critical Solvents. 1st. Edition. Chapman & Hall, 1993.
Lock de Ugaz, O.Investigación Fitoquímica. 2da. Edición. Fondo
Editorial de la PUCP.
Mukhopadhyay, M. Natural Extracts using Supercritical Carbon Dioxide. CRC
Press, 2000.
Palacios, Julio. Plantas medicinales nativas del Perú. CONCYTEC, Serie
Ciencias, 1997.
Cabieses, F. Apuntes de medicina tradicional. A&B S.A. 1993.
Pérez, B. Catálogo de Plantas Medicinales. CIPI, Fac. de Ing. Industrial,
Universidad de Lima, 1994.
Desmachelier, C. y Witting, F. Sesenta Plantas Medicinales de la Amazonia
Peruana: Ecología, Etnomedicina y Bioactividad. Gráfica Bellido S.R.L. 2000.
Artículos del Journal of Supercritical Fluids, Elsevier Science,
1997-2001.
Artículos del 5Th, 6Th, 7Th. Meetings on Supercritical Fluids, ISASF.
Infografías de SEPAREX, Express Separation LTD, NATEX Gmbh, ISASF, 2001.
Jessop, P.G. and Leitner, W.
Meireles, M.A.A. Supercritical extraction from solid:
process design data (2001 - 2003). Current Opinion in Solid State and
Materials Science, 7, 321-330 (2003).
del Valle, J.M. de la Fuente, J.C. and Cardarelli, D.A.
Contributions to supercritical extraction of vegetable substrates in Latin
America. Journal of Food Engineering, 67, 35-37 (2005).
Última actualización: sábado, 19 de marzo
de 2005 .
