OBTENCIN DE ACEITES ESENCIALES Y EXTRACTOS ETANOLICOS DE PLANTAS DEL AMAZONAS

ANGELA ANDREA GONZALEZ VILLA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA SEDE MANIZALES DEPARTAMENTO DE INGENIERIA QUIMICA ABRIL DE 2004

OBTENCIN DE ACEITES ESENCIALES Y EXTRACTOS ETANOLICOS DE PLANTAS DEL AMAZONAS

ANGELA ANDREA GONZALEZ VILLA

Lnea de Profundizacin: Tecnologa en Alimentos

Modalidad: TRABAJO FINAL

Director: Qumico Luis Enrique Cuca S. Profesor Universidad Nacional Sede Bogot

Asesor: Bilogo Pablo A. Palacios Profesor Universidad Nacional Sede Leticia

Nota de aceptacin

__________________________ __________________________ __________________________ __________________________

__________________________ Jurado

__________________________ Jurado Abril del 2004 III

A mis padres, hermanos, amigos haberlos camino. y a Dios en por mi

puesto

IV

AGRADECIMIENTOS

Al profesor Qumico Luis Enrique Cuca S., por su incalculable colaboracin y asesora en todo momento.

Al profesor Bilogo Pablo A. Palacios y Miryam Sevillanos, por el apoyo durante la estada en la Sede Leticia.

A la profesora Ingeniera Adela Londoo C., por sus acertados consejos y colaboracin en los momentos oportunos.

Al grupo de trabajo en Productos Naturales, por la paciencia y ayuda en la Sede Bogot.

A mi familia , amigos, compaeros y a todas aquellas personas que de una u otra forma estuvieron ah brindndome su ayuda y motivndome para sacar adelante la carrera.

A todos ... Siempre ... GRACIAS

V

CONTENIDO

Pg. RESUMEN INTRODUCCION 1. OBJETIVOS 2. MARCO TEORICO CONCEPTUAL 2.1 PROCESOS DE EXTRACCIN 2.1.1 Extraccin Soxhlet 2.1.2 Digestin 2.1.3 Infusin y decoccin 2.1.4 Extraccin con fluidos supercrticos 2.2 SELECCIN DE SOLVENTE 2.3 EXTRACTOS ETANLICOS 2.3.1 Definicin 2.3.2 Obtencin 2.3.2.1 2.3.2.2 Maceracin Percolacin 4 5 5 6 6 7 7 7 8 8 8 8 9 9 9 10 10 10 11 VI

2.4 ACEITES ESENCIALES 2.4.1 Definicin 2.4.2 Funcin de los Aceites Esenciales 2.4.3 Localizacin de los Aceites Esenciales en la planta 2.4.4 Propiedades fsicas de los Aceites Esenciales 2.4.5 Composicin Qumica

2.4.6 Clasificacin 2.4.7 Aplicaciones 2.4.8 Obtencin 2.4.8.1 Arrastre con vapor de agua

11 12 12 12

2.4.8.1.1 Fundamentos de la destilacin por arrastre con vapor de agua 14 2.4.8.2 Expresin 16 16

2.5 CONTROL DE CALIDAD 2.6 PREPARADOS ARTESANALES ELABORADOS CON PLANTAS MEDICINALES 2.6.1 Decoccin 2.6.2 Infusin 2.6.3 Cataplasmas 2.6.4 Compresas 2.6.5 Linimentos 2.6.6 Pomadas 2.6.7 Sahumerios 3. METODOLOGA 3.1 Montaje del equipo 3.2 Puesta en marcha y condiciones de operacin 3.3 Seleccin de las especies a trabajar 3.4 Obtencin de los Aceites Esenciales 3.5 Obtencin de los Extractos Etanlicos 3.5.1 Maceracin 3.5.2 Percolacin 4. RESULTADOS 4.1 Puesta en marcha y condiciones de operacin del equipo 4.2 Seleccin de las especies 4.3 Informacin Etnobotnica 4.4 Aceites Esenciales

17 17 18 18 18 18 19 19 20 20 22 23 24 26 26 28 30 30 31 34 38 VII

4.4.1 Anlisis de las variables de la operacin 4.4.2 Balances de Materia y Energa 4.4.2.1 4.4.2.2 Balances de Materia Balances de Energa

40 44 46 48

4.4.3 Diseo del Destilador por Arrastre con Vapor a nivel de Planta Piloto 4.4.4 Diagrama de Bloques Aceites Esenciales 4.5 Extractos Etanlicos 4.5.1 Resultados en la obtencin de los Extractos Etanlicos 4.5.2 Diagrama de Bloques Extractos Etanlicos 5. ANLISIS DE RESULTADOS Y CONCLUSIONES 5.1 Interpretacin de los resultados en capa delgada 5.2 Pruebas de coloracin para los Extractos Etanlicos 5.3 Estudios cromatogrficos para los Aceites Esenciales 6. BIBLIOGRAFA Anexo A Anexo B 51 64 65 65 66 67 70 75 76 79 81 85

VIII

LISTA DE FIGURAS

Pg.

Fig. 1 Esquema Extractor Soxhlet Fig. 2 Diagrama bsico del proceso de Extraccin por Fluidos Supercrticos Fig. 3 Esquema del alambique para la extraccin de aceites esenciales por arrastre con vapor de agua Fig. 4 Montaje a nivel de Laboratorio sugerido Fig. 5 Equipo de Extraccin por Arrastre de Vapor implementado en la Universidad Nacional de Colombia Sede Leticia Fig. 6 Recipiente utilizado para la obtencin del extracto de Cedro por Maceracin Fig. 7 Rotavapor utilizado para la recuperacin del Solvente Fig. 8 Percolador Fig. 9 Esquema de la operacin Fig. 10 Influencia del tiempo de extraccin y el flujo de vapor sobre el rendimiento volumtrico del aceite esencial al trabajar con cedro y limn Fig. 11 Representacin grfica del condensador Fig. 12 Esquema general del Extractor Fig. 13 Plano del Extractor para Arrastre con Vapor a nivel de planta Piloto

6

7

13 21

23

27 28 29 40

44 50 52

54 IX

Fig. 14 Plano del Condensador de la planta piloto para destilacin por arrastre con vapor Fig. 15 Diagrama de Bloques para la obtencin de aceites esenciales Fig. 16 Diagrama de Bloques para la obtencin de extractos etanlicos Fig. 17 Representacin cualitativa de los resultados Fig. 18 Revelado de los extractos con yodo Fig. 19 Revelado con yodo de los aceites esenciales Fig. 20 Cromatograma del aceite esencial de Cedro Fig. 21 Cromatograma del aceite esencial de Limn Fig. 22 Desarrollo de las placas 63 64 66 69 73 74 76 77 83

X

LISTA DE TABLAS Pg. Tabla #1 Tabla # 2 Tabla # 3 Tabla # 4 Tabla # 5 Tabla # 6 Tabla # 7 Tabla #8 Tabla # 9 Tabla # 10 Tabla # 11 Extraccin del aceite esencial por arrastre con vapor a una muestra de hojas de Manzanilla Listado inicial de algunas de las especies conocidas en el Amazonas Especies seleccionadas para la obtencin de los aceites esenciales por arrastre con vapor Informacin Etnobotnica de las Especies Seleccionadas Resultados del proceso de extraccin por arrastre con vapor Diseo experimental planteado Volumen y rendimiento volumtrico obtenidos al trabajar con Cedro variando el flujo de vapor y el tiempo de extraccin Volumen y rendimiento volumtrico obtenidos al trabajar con Limn variando el flujo de vapor y el tiempo de extraccin Resultados obtenidos para los extractos etanlicos del cedro Soluciones eluyentes para el estudio cromatogrfico en capa delgada Metabolitos que recomienda el estudio fitoqumico preliminar y sus pruebas preliminares de caracterizacin por coloracin 86 78 65 43 42 38 41 33 34 32 30

LISTA DE ANEXOS

Pg.

Anexo A. Cromatografa en Capa Delgada Anexo B. Metabolitos de las plantas vegetales

81 85

XiI

RESUMEN

Este trabajo presenta los resultados experimentales hallados en la bsqueda de aceites esenciales de plantas amaznicas, metodologa de trabajo y discusiones, partiendo desde la seleccin de especies, montaje y adecuacin del equipo, tratamiento de las muestras y extracciones como tal, con el fin de establecer las condiciones y tomar los datos necesarios para realizar un diseo a nivel de planta piloto para tal operacin.

Su ejecucin requiri el montaje de un equipo apropiado en las instalaciones de la Universidad Nacional Sede Leticia, para facilitar el desarrollo de la metodologa.

El diseo se realiz con los parmetros y condiciones obtenidas de la especie que present mayor rendimiento volumtrico en aceite esencial.

Finalmente, para la obtencin de los extractos etanlicos se tomaron como muestra para el desarrollo de este tipo de metodologa, dos de las especies que presentaron aceite esencial. El control de calidad preliminar tanto para los

extractos como para los aceites esenciales seleccionados, se realiz en la Universidad Nacional Sede Bogot, por la disposicin de material y equipos que requiere la realizacin de las pruebas.

ABSTRACT

This work shows the experimental results found out in the research of essential oils of amazonic plants, developtmen in the Universidad Nacional de Colombia Sede Leticia, methodology of work and discussions, begin from select of species, assembly and adapt of equipment, treatment of samples and extraction, aiming to found conditions and take data for to do a designer of destillator to catch up pilot plant. To obtain the etanolic extracts, it takes 2 species with essential oils. The

preliminary quality control for the products, it does in the Universidad Nacional de Colombia Sede Bogot, for disposition of material and equipment that to require to realize the proofs.

INTRODUCCIN

La falta de desarrollo y fuente de empleo en el Departamento del Amazonas, sumado a la inevitable realidad del cultivo de plantas con fines ilcitos, hace necesaria la bsqueda de alternativas que traten de dar solucin a sta problemtica conservando y aprovechando el potencial propio de la regin dndoles uso racional con fines especficos.

Implementar nuevos procedimientos como la obtencin de aceites esenciales y extractos, que son productos con inters comercial, pueden ser una buena opcin para la regin.

En los ltimos aos el estudio de los aceites esenciales ha llamado la atencin de la ciencia, convirtindose as en un rea amplia de investigacin y desarrollo, debido a la gran acogida que tienen dentro de la industria farmacutica, cosmtica y de alimentos, entre otras.

Es claro que para que un producto de cualquier clase pueda tener una buena comercializacin debe responder entre otros, con un nivel de produccin, requirindose para ello un equipo apto y con capacidad suficiente para desarrollar tal operacin.

Los aceites esenciales por ser lquidos voltiles y encontrarse distribuidos en las plantas, pueden ser retirados por destilacin con arrastre de vapor de agua; este procedimiento puede ser implementado en la regin del Amazonas, por no

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requerir tecnologa sofisticada, pues requiere implementar equipos econmicos y eficientes utilizando as los conocimientos que ofrece la Ingeniera Qumica.

Por su parte, el obtener los extractos de las plantas y estudiar sus partes activas permite conocer an ms los recursos naturales con que se cuenta y as darles un mejor aprovechamiento; proporcionndoles un mayor valor agregado al comercializarlas como productos puros o extractos.

Adems, se debe aprovechar todos esos conocimientos y mtodos tradicionales que se han venido desarrollando a travs del tiempo, que por cuestiones culturales poco a poco han ido desapareciendo; recuperndolos y

reutilizndolos para encaminar as, a territorios como el Amazonas con alto potencial al avance y al progreso.

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1. OBJETIVOS

GENERAL Obtener aceites esenciales y extractos etanlicos de 2 plantas cultivadas en el Amazonas a las cuales se les ha comprobado su uso etnobotnico.

ESPECFICOS Extraer en base hmeda los aceites esenciales de las especies seleccionadas. Adaptar una infraestructura en la Universidad Nacional Sede Leticia, para el desarrollo de ste tipo de metodologa. Obtener los extractos etanlicos del material seco. Disear un destilador por arrastre con vapor para la obtencin de aceites esenciales a nivel de planta piloto.

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2. MARCO TEORICO CONCEPTUAL

Para aprovechar las substancias activas de una planta, se recurre frecuentemente a los extractos. El proceso de extraccin consiste en incorporar las substancias activas de una planta a un solvente, que generalmente suele ser agua o alcohol; se puede realizar en fro o en caliente, y el producto resultante puede ser una solucin concentrada o espesa en funcin de la sustancia de origen, o espesarse por propio inters en base a la aplicacin que se le vaya a dar.

2.1

PROCESOS DE EXTRACCIN[1,2,3]

Los procesos de extraccin ms simples empleados se dividen de acuerdo al disolvente utilizado en: Extraccin con agua: infusin, destilacin por arrastre con vapor de agua (pg. 12) y decoccin. Extraccin con solventes orgnicos: maceracin (pg. 8), lixiviacin o percolacin (pg. 9), extraccin Soxhlet, digestin y por fluido supercrtico.

La seleccin de uno de ellos depender de las necesidades y facilidades tanto tcnicas como econmicas con que se cuenten.

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2.1.1 Extraccin Soxhlet: Mtodo en caliente, que se desarrolla empleando solventes con puntos de ebullicin bajo, para evitar la degradacin de la muestra. Conveniente para obtener los extractos crudos de las plantas.

Fig. 1 Esquema Extractor Soxhlet 2.1.2 Digestin: En este proceso se agrega solvente caliente (con temperaturas no mayores a los 50 C) al material vegetal molido colocado en un material de vidrio de boca pequea, la temperatura del solvente permite una mayor extraccin de

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compuestos ya que la solubilidad de la mayora de las especies aumenta con la temperatura. 2.1.3 Infusin y Decoccin:

Tanto la infusin como la decoccin son procesos simples de extraccin con agua, en el primer caso se agrega agua caliente o fra al material molido y luego se filtra; en el segundo el material se hierve por espacio de 15 minutos con el agua. 2.1.4 Extraccin con fluidos supercrtico:

Este proceso es una operacin que aprovecha el poder disolvente de fluidos a temperaturas y presiones por encima de sus valores crticos.

Fig. 2 Diagrama bsico del proceso de Extraccin con Fluidos Supercrticos[4] 2.2. SELECCIN DEL SOLVENTE[1]

La eleccin del disolvente depende de parmetros tcnicos y econmicos:

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selectividad, estabilidad, inercia qumica, temperatura de ebullicin no demasiado elevada para permitir su eliminacin total, no demasiado baja para evitar las prdidas; seguridad de manipulacin (si es posible no txico ni inflamable).

Los disolventes ms utilizados son los hidrocarburos alifticos: ter de petrleo, hexano, y tambin propano o butano lquido (a presin). Aunque el benceno es un buen disolvente, su toxicidad limita cada vez ms su utilizacin. Igualmente, se ha recurrido a disolventes halogenados y al etanol. Tambin se utilizan otros solventes como soluciones cidas o alcalinas para la extraccin selectiva de algunos compuestos, sin embargo se debe tener precaucin con el pH de las mezclas para prevenir hidrlisis o reordenamiento de compuestos sensibles. 2.3. EXTRACTOS ETANLICOS[1,2,3]

2.3.1 Definicin:

Extracto con olor caracterstico, obtenido a partir de materia prima desecada de origen vegetal, por maceracin o percolacin en contacto con etanol, seguida de la eliminacin de dicho solvente por un procedimiento fsico. Estos procesos pueden ser sometidos a determinadas operaciones para eliminar algunos de sus componentes y as mejorar notablemente la calidad del producto deseado. 2.3.2 Obtencin: 2.3.2.1 Maceracin:

Es una extraccin que se realiza a temperatura ambiente. Consiste en remojar el material vegetal, debidamente fragmentado en un solvente (agua o etanol, se prefiere el etanol puesto que a largos tiempos de extraccin el agua puede

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propiciar la fermentacin o la formacin de mohos) hasta que ste penetre y disuelva las porciones solubles. Se puede utilizar cualquier recipiente con tapa que no sea atacado con el disolvente; en ste se colocan el material vegetal con el disolvente y tapado se deja en reposo por un perodo de 2 a 14 das con agitacin espordica. Luego se filtra el lquido, se exprime el residuo, se

recupera el solvente en un evaporador rotatorio y se obtiene el extracto. 2.3.2.2 Percolacin:

Tambin conocido como lixiviacin, es uno de los procesos ms difundidos pues se puede realizar con disolventes orgnicos en fro para preservar los compuestos termolbiles que pudiera contener el material. Consiste en colocar el material fragmentado en un embudo o recipiente cnico (fig. 8 pg. 29), y hacer pasar un disolvente adecuado a travs del mismo. No es apropiado para resinas o materiales que se hinchen dado que el disolvente no percolar. Se requiere agregar solvente constantemente. 2.4. ACEITES ESENCIALES[5,6,7,8]

2.4.1 Definicin:

Los aceites esenciales (esencias o aceites voltiles) son: productos de composicin generalmente muy compleja que contienen los principios voltiles que se encuentran en los vegetales ms o menos modificados durante su preparacin. procedimientos. Para extraer estos principios voltiles, existen diversos nicamente se utilizan dos en la preparacin de esencias

oficiales: destilacin con vapor de agua de las plantas con esencia o de algunos de sus rganos, y por expresin.

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Se les llama aceites por su apariencia fsica y consistencia que es bastante parecida a los aceites grasos, pero se distinguen de ellos, porque al dejar caer unas gotas de esencia sobre el papel, stas se volatilizan fcilmente sin dejar ninguna huella ni mancha grasosa. 2.4.2 Funcin de los aceites esenciales:

En general, la funcin biolgica de los aceites esenciales sigue estando poco clara. Es probable que tengan un papel ecolgico; como apoyo a sta hiptesis se han establecido experimentalmente el papel de alguno de ellos como inhibidores de la germinacin, proteccin contra los depredadores y atraccin de polinizadores. 2.4.3 Localizacin de los aceites esenciales en la planta:

Se pueden encontrar localizados en diferentes partes de la planta, por ejemplo: en las hojas (albahaca, menta, romero, etc.), en las races (valeriana, clamo, etc.), en la corteza (canela, sndalo, etc.), en las flores (jazmn, rosa, etc.), en la cscara del fruto (limn, mandarina, naranja, etc.), en los frutos (ans, cardamomo, hinojo, etc.). 2.4.4 Propiedades fsicas de los aceites esenciales:

En general, son lquidos a temperatura ambiente, su densidad es inferior a la del agua. Poseen un ndice de refraccin elevado y la mayora desvan la luz polarizada.

Arrastrables en vapor de agua, son muy poco solubles en ella.

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2.4.5 Composicin qumica:

Actualmente se han identificado alrededor de cuatrocientos componentes qumicos constituyentes de los aceites esenciales. La mezcla compleja que integra los aceites esenciales pertenecen de manera casi exclusiva a grupos caractersticos distintos: el grupo de los terpenos, el grupo de los compuestos derivados del fenilpropano, los terpenos originarios del cido actico, los terpenos provenientes del cido chi qumico (aromticos) compuestos procedentes de la degradacin de terpenos. y otros como los

Los monoterpenos y sesquiterpenos son terpenos de 10 y 15 tomos de carbonos. De acuerdo con su estructura se les clasifica segn el nmero de ciclos como acclicos, monocclicos, bicclicos, etc. Algunos ejemplos de monoterpenos y sesquiterpenos son:

Monoterpenos acclicos: linalol, nerol, geraniol. Monoterpenos monocclicos: p-mentano, 1,4- Cineol, 1,8-Cineol, Ascaridol. Monoterpenoides bicclicos: carano, cis-carano y trans-carano. Sesquiterpenos: Farnesol, nerolidol.

2.4.6 Clasificacin:

Los aceites esenciales se clasifican con base en diferentes criterios: consistencia, origen y naturaleza de los compuestos mayoritarios.

Segn la consistencia se dividen en: Esencias fluidas: Lquidos muy voltiles a temperatura ambiente. Blsamos: Lquidos de consistencia espesa, poco voltiles y propensos a polimerizarse. Oleorresinas: Lquidos muy viscosos o sustancias semislidas.

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Segn su origen pueden ser: Naturales: Se obtienen directamente de la planta y no se somete a ninguna modificacin posterior. Artificiales: Se obtienen a travs de procesos de enriquecimiento de las esencias con uno de sus componentes. Sintticas: Mezcla de compuestos obtenidos sintticamente.

Y por la naturaleza de los compuestos mayoritarios: Monoterpenoides. Sesquiterpenoides Compuestos oxigenados. 2.4.7 Aplicaciones: De los ms de tres mil aceites esenciales analizados, se ha encontrado que mas de doscientos tienen un alto valor comercial y se utilizan ampliamente en diferentes ramas de la industria: alimentos, jabones, ambientadores, perfumes, cosmticos, licores, insecticidas, frmacos, etc. Son empleados como aromatizantes y/o saborizantes, como ingredientes de algunos preparados farmacuticos o son base de perfumes y productos cosmticos finos, desodorantes, lociones, jabones lquidos, pastas dentfricas. Algunos de los aceites esenciales poseen propiedades insecticidas y funguicidas y se utilizan en los preparados especiales. 2.4.8 Obtencin: 2.4.8.1 Arrastre con vapor de agua:

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Para realizar la destilacin por arrastre con vapor se usan alambiques de caractersticas variables y adaptadas a cada tipo o caso especfico. disposicin general se puede ver a continuacin: Su

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2

3

4

Fig.3 Esquema del alambique para la extraccin de aceites esenciales por arrastre con vapor de agua De donde: 1 Caldera 2 Tanque extractor 3 Condensador 4 Separador de agua y aceite esencial o tambin llamado florentino La destilacin por arrastre con vapor puede realizarse de tres formas distintas y son comnmente conocidas como:

La hidrodestilacin simple o destilacin con agua: consiste en sumergir directamente el material vegetal a tratar en agua, que a continuacin se somete a ebullicin. En ste mtodo es mxima la accin del agua sobre el material, por ello se puede presentar hidrlisis y oxidaciones. til para Es

materiales que tienden al apelmazamiento (flores pequeas).

aconsejable cargar el agua ya caliente para disminuir la hidrlisis y el tiempo

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de operacin. Los vapores heterogneos se condensan y el aceite esencial se separa por diferencia de densidad. Ej.: Trementina

Destilacin con vapor saturado o destilacin con agua y vapor: el vegetal no est en contacto con el agua; el vapor de agua se inyecta a travs de la masa vegetal dispuesta sobre placas perforadas. El material debe tener tamao uniforme para favorecer el paso del vapor. Trabaja cerca de los 100C cuando lo hace a 1 atm de presin y el rendimiento es bueno siempre y cuando no se presenten apelmazamientos. Por cargarse el

material a una temperatura menor a la de trabajo, se producen condensaciones sobre l y sta humedad origina cierta dificultad en la operacin, especialmente en el paso y distribucin del vapor por la muestra.

Por su sencillez, bajo costo y rendimientos, esta tcnica es la ms usada en la industria de aceites esenciales. Varias Farmacopeas la recomiendan

como el mtodo ptimo de obtencin de esencias. La destilacin con vapor seco o sobrecalentado: consiste en impulsar el vapor a travs de la masa vegetal, colocada sobre columnas o cestones. El vapor tiende a recalentarse por la resistencia opuesta a su paso por el material y esto debe evitarse en lo posible, debido a que seca las membranas celulares e impide la salida del aceite. Las instalaciones son ms costosas, pero presentan mayores producciones. 2.4.8.1.1 Fundamentos de la destilacin por arrastre con vapor de agua[9,10]:

La destilacin por arrastre con vapor es utilizada para separar sustancias ligeramente voltiles e insolubles en agua, de otros productos no voltiles mezclados con ellas.

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Para la comprensin de sta operacin, se hace la consideracin del comportamiento en la destilacin de un sistema de 2 fases formado por dos lquidos, x e y, completamente insolubles entre s (agua y aceite esencial); cada lquido ejerce su propia tensin de vapor, independiente de la otra. As, la Presin total (PT), se puede calcular de la siguiente forma: PT=PX+PY Donde: PX = Presin de vapor de X a T PY = Presin de vapor de Y a T El punto de ebullicin de la mezcla ser aquella temperatura en la que la presin total PT, sea igual a la atmosfrica. Puesto que la presin ejercida por un gas (a una temperatura dada) es proporcional a la concentracin de sus molculas, la relacin de las presiones de vapor de X e Y en el punto de ebullicin de la mezcla ser igual a la relacin entre el nmero de molculas de X y de Y que destilan de la mezcla. As la composicin del vapor se puede calcular de la siguiente forma: NX P = X NY PY Donde: NX/NY : Relacin molar de X e Y en el vapor O bien: WX P *MX = X WY PY * M Y Ec. 2 (a T)

Ec. 1

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Donde: WX/WY : Relacin de pesos de X e Y en el vapor MX : Peso molecular de X MY : Peso molecular de Y De la ec. 2, se puede decir que en la destilacin de una mezcla de dos lquidos no miscibles las cantidades relativas en peso de los dos lquidos que se recogen son directamente proporcional a las presiones de vapor de los lquidos a la temperatura de destilacin y a sus pesos moleculares. Adems, la mezcla destilar a una temperatura constante en tanto exista por lo menos algo de cada uno de los componentes. 2.4.8.2 Expresin:

Aplicado generalmente a la familia Citrus.

El principio del mtodo es muy

simple: las cscaras se dilaceran y el contenido de las glndulas secretoras que se han roto se recupera por un procedimiento fsico.

El procedimiento clsico consiste en ejercer bajo una corriente de agua, una accin abrasiva sobre la superficie del fruto. Despus de eliminar los desechos slidos, el aceite esencial se separa de la fase acuosa por centrifugacin. 2.5 Control de calidad:

Las farmacopeas prevn diferentes ensayos para el anlisis de los aceites esenciales, entre ellos: Determinaciones fsicas Aroma Peso especfico Indice de refraccin

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Desviacin ptica (poder rotatorio) Solubilidad en mezclas alcohol-agua (alcoholes rebajados) Determinaciones qumicas Indice de acidez libre Indices de saponificacin y ster Determinacin de aldehdos y cetonas Formacin de fenilhidrazonas Formacin de oximas Formacin de semicarbazonas Mtodo del bisulfito Indice de acetilo Tcnicas cromatogrficas Mtodos espectroscpicos

Dentro de las tcnicas cromatogrficas se tiene que aunque mucho menos resolutiva que la Cromatografa de Gases (CG), la Cromatografa de Capa Fina (CCF) se puede utilizar de forma rutinaria para el control de calidad. El uso de la CG como tcnica para el control de calidad, requiere estndares certificados que permitan hacer una comparacin con el producto obtenido y as establecer la calidad del mismo. 2.6 Preparados artesanales elaborados con plantas medicinales[1,11,12]:

Las plantas medicinales pueden tratarse o prepararse para su consumo de forma artesanal, as: 2.6.1 Decoccin:

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Operacin que consiste en hervir en agua sustancias con principios medicinales durante unos minutos para extraer los principios solubles que contiene. Es tambin conocida como tisana. 2.6.2 Infusin:

Operacin que consiste en poner a calentar un disolvente (agua, vino, vinagre); una vez que ste se encuentra caliente, se verte sobre una especie vegetal para obtener sus principios medicinales, o bien, verter la especie vegetal sobre el disolvente, dejando reposar para su posterior uso. Se aplica generalmente a aquellas plantas cuyos principios activos podran alterarse por ebullicin. 2.6.3 Cataplasmas:

Son preparaciones pastosas medicinales que en algunos casos se envuelven en tejidos para ser aplicadas sobre el lugar afectado. Se obtienen mezclando especies vegetales con un liquido. Pueden utilizarse calientes o fras y son de aplicacin exclusivamente externa. 2.6.4 Compresas:

Es un tejido de algodn o lino, doblado varias veces y embebido en agua o infusin, que luego es aplicada sobre la regin enferma. Se pueden aplicar en fro o en caliente segn sea el caso. Son de uso externo nicamente. 2.6.5 Linimentos:

Son mezclas de extractos de plantas medicinales con lquido o grasa formando una emulsin, de consistencia blanda que se aplica sobre la piel acompaado

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de un suave masaje.

Usados especialmente para afecciones raumticas y

musculares. Los linimentos o ungentos se preparan batiendo con energa en un recipiente los jugos frescos exprimidos de las plantas necesarias (planta entera, hojas, frutas, races). 2.6.6 Pomadas:

Estn destinadas a la aplicacin externa sobre la piel; contienen varios tipos de excipientes, como la vaselina, el aceite de vaselina o la lanolina. Las pomadas se preparan batiendo con fuerza en un recipiente adecuado (plato sopero, fuente, etctera.) los distintos ingredientes indicados en la receta, hasta obtener una emulsin homognea. 2.6.7 Sahumerios:

Permiten introducir en las vas respiratorias, por aspiracin, vapores que se obtienen quemando partes de vegetales o poniendo en el agua caliente unas gotas de aceites esenciales.

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3. METODOLOGIA

Una vez seleccionada la destilacin por arrastre con vapor como el procedimiento a desarrollar por ser apropiada desde el punto de vista tcnico y econmico, fcil de implementar y no requerir de tecnologas sofisticadas, debi puntualizarse en una de sus tres categoras: Destilacin con agua, destilacin con vapor saturado o destilacin con vapor seco.

Se escogi la destilacin con vapor saturado, puesto que en sta es mayor la difusin del vapor a travs de las membranas vegetales y es menor la desnaturalizacin del producto por hidrlisis o quemado. 3.1 Montaje del equipo: Destilador de arrastre con vapor.

Durante el planteamiento inicial del proyecto, se sugiri hacer una replica del montaje diseado en el trabajo de grado Estudio y extraccin de un aceite esencial a partir de la manzanilla desarrollado en la Universidad Nacional Sede Manizales (fig. 4), en el que se desarroll la parte experimental; esto con el fin de ahorrar tiempo y aprovechar los recursos disponibles.

Dicho equipo consta de: Generador de vapor: olla a presin modificada Extractor: baln de destilacin de 6 litros con llave en la parte inferior para el control de vapor suministrado, con boca superior con esmerilado hembra 45/50.

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Codo de 90 con machos esmerilados. Condensador de bolas de 1 metro de longitud con dos esmerilados de 24/40. Alargadera con esmerilado hembra 24/40.

Fig. 4 Montaje a nivel de Laboratorio sugerido

Sin embargo, al montar el equipo se presentaron una serie de inconvenientes que motivaron al replanteamiento del montaje, entre ellos se tuvieron: Disposicin no apropiada del material vegetal dentro del baln extractor para desarrollar el tipo de extraccin seleccionada, llevndose a cabo una

hidrodestilacin y no destilacin con vapor saturado que fue el mtodo seleccionado. Complicaciones para la medida de la temperatura dentro de la cmara de extraccin. Baja capacidad del baln extractor, especialmente cuando la muestra se trataba de hojas.

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Incrustaciones en los equipos de vidrio a causa de la dureza del agua disponible.

As, despus de analizar el funcionamiento de cada una de las partes, se sustituy el baln extractor por un nuevo recipiente. Una pipa de dimensiones: altura = 32 cm y dimetro interno = 24.3 cm, construida con una lmina de hierro calibre 16, espesor 1.5 mm y utilizada para la comercializacin de fren; se incrust por la parte superior derecha un tubo metlico (cobre) para la toma de la temperatura durante la extraccin y se adapt en su interior a una altura proporcional al 15% desde el fondo, una malla de acero inoxidable utilizada para la retencin del material vegetal.

Aunque tambin se encontraron problemas en el uso del condensador, como las incrustaciones y sobretodo la retencin de producto en las bolas, se decidi trabajar con l, puesto que permita notar con mayor facilidad la presencia del aceite; teniendo claro que su uso representaba disminucin en el rendimiento a obtener.

Finalmente se obtuvo el montaje que se muestra en la figura 5. 3.2 Puesta en marcha y condiciones de operacin:

Una vez adecuado el montaje, se prob su funcionamiento operndolo con agua solamente, se observ que no tuviera fugas ni prdidas significativas de calor, que la alimentacin fuera adecuada y que la toma de datos no presentara dificultad.

Como prueba de funcionamiento, especialmente operacional, se realiz una extraccin utilizando las hojas de la Manzanilla (Tabla # 1, pg. 30), que es un producto muy trabajado en la obtencin de aceites esenciales por sus

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rendimientos y de all se tomaron datos generales como temperaturas y caudales, observndose principalmente las caractersticas del producto obtenido y facilidad o dificultad en la separacin agua - aceite.

Fig 5. Equipo de Extraccin por Arrastre de Vapor implementado en la Universidad Nacional Sede Leticia 3.3 Seleccin de las especies a trabajar:

Se realiz en primera instancia un listado general de especies conocidas y manejadas por los habitantes como plantas amaznicas (Tabla #2, pg. 32).

A continuacin se aplicaron los siguientes criterios para el descarte de especies buscando darle forma a la lista de trabajo: Especies introducidas: se eliminaron las especies introducidas con ayuda del asesor: Bilogo Pablo A. Palacios, dejando las de origen netamente amaznico.

23

Distancia entre el lugar de trabajo y de cultivo: que no fuera muy grande, con el fin de trabajar el material fresco; puesto que se estaba trabajando en el rea urbana de la ciudad y las especies son cultivadas en las comunidades que se encuentran en el rea rural. Cantidad de material disponible con respecto al necesario para la extraccin, que se consiguiera el necesario y suficiente para el desarrollo de la operacin.

Dando como resultado la lista de especies a trabajar presentada en la tabla # 3 (pg. 33). 3.4 Obtencin de los aceites esenciales:

Para la obtencin de los aceites esenciales, se llev a cabo el siguiente procedimiento:

1.

Recoleccin del material: Se hicieron desplazamientos a los lugares en los que se encontraban las especies y se recolectaron muestras representativas (calculadas en mnimos a partir de la capacidad del tanque extractor, as: hojas = 500 g, frutos = 1000 g y corteza = 500 g) de cada una, y se sometieron a los tratamientos previos a la extraccin.

2.

Pretratamiento de la materia prima: Limpieza: se separ el material inorgnico y orgnico que no

perteneca a la especie a trabajar como: polvo, races, hojas, requirindose en algunos casos, como en las frutas, de un lavado. Separado: se hizo una separacin manual en las partes principales de cada especie: corteza, hojas, frutos; segn el caso especfico.

24

3.

Reduccin de tamao: se cort el material en partes pequeas (1x1 cm hojas y corteza y de 1x1x1 frutos) para aumentar el rea de contacto material - vapor.

4.

Determinacin de la densidad real: se tom una muestra de la especie, se pes en una balanza de precisin de 3 cifras y se calcul el volumen por desplazamiento, sumergiendo la muestra en un volumen conocido de agua y determinndolo por diferencia. El

procedimiento se realiz por duplicado y se report el promedio como la densidad real del material.

5.

Carga e inicio de la extraccin: se pes el material, se tap el tanque de extraccin y se sell de forma hermtica. Paralelamente se llen el recipiente generador de vapor con agua suficiente para el transcurso de la operacin (mxima permitida por la olla) y se someti a calentamiento con ayuda de una estufa elctrica.

6.

Toma de datos: se inici una vez comenz la generacin de vapor (tiempo cero). Los datos recopilados fueron: temperaturas a la

entrada y salida del agua de enfriamiento, en la cmara de extraccin y al condensado producido; caudal de agua de enfriamiento y de condensado. Tomados cada 10 minutos hasta terminada la Este tiempo se fij basado[8,13,14]

operacin, tiempo extraccin = 90 min. inicialmente en una revisin bibliogrfica

, y en el hecho que a

tiempos mayores el volumen de aceite producido no presentaba variaciones significativas (observado durante los ensayos con la Manzanilla), de all que se incurran en costos de operacin innecesarios.

25

Las temperaturas fueron medidas con un termmetro de mercurio de 110C y los flujos con la tcnica del cronmetro balde, que para este caso fue una probeta plstica de 250 mL, debido al caudal de flujos trabajados.

7.

Separado y envasado del producto: transcurrido el tiempo de destilacin, se suspendi el calentamiento, se recogi el producto con una jeringa de 3 mL y la mezcla agua aceite, sobrante en el condensador se envas y se dej reposar por un perodo de 24 horas para luego retirar el aceite all contenido. El producto fue envasado en recipientes de vidrio pequeos y refrigerado para su conservacin.

8.

Control de calidad: Practicado solo a las especies seleccionadas. Densidad: calculada como la relacin entre el peso del aceite y el volumen del mismo. Pruebas de cromatografa de gases y en capa delgada, y otras pruebas de coloracin, con el fin de obtener una caracterizacin preliminar (Resultados).

3.5 Obtencin de extractos etanlicos.

Con el fin de establecer la aplicabilidad (proyeccin industrial) de la obtencin de extractos etanlicos, se seleccionaron 2 especies para desarrollar los procedimientos detallados a continuacin: la de mayor rendimiento volumtrico en aceite esencial y otra con reconocida trayectoria medicinal. 3.5.1 Maceracin:

26

Para la obtencin de los extractos etanlicos por ste mtodo se llev a cabo el siguiente procedimiento: 1. Recoleccin de la muestra. 2. Pretratamiento: Limpieza y secado de la muestra 3. Reduccin de tamao: se tom la muestra seca y se moli. 4. Extraccin: se pes en gramos una cantidad de material y se deposit en los recipientes dispuestos para tal fin (Fig. 6), se adicion el solvente etanol hasta cubrir completamente el material vegetal, se agit y tap. 5. Reposo: se dej reposar por un perodo de 10 das, agitando espordicamente el contenido. 6. Obtencin del extracto: se filtr el producto, se recuper el solvente con ayuda de un rotavapor (Fig. 7), se envas, pes y almacen el producto. 7. Control de calidad preliminar por cromatografa de capa delgada y otras pruebas de coloracin (Resultados).

Fig. 6 Recipiente utilizado para la obtencin del extracto de Cedro por Maceracin

27

Fig. 7 Rotavapor utilizado para la recuperacin del solvente 3.5.2 Percolacin:

Puesto que los extractos obtenidos por ste mtodo y por Maceracin son de composiciones similares, este mtodo solo se desarroll para la especie con mayor rendimiento volumtrico en aceite esencial, buscando comparar los rendimientos obtenidos por cada uno.

Para la obtencin del extracto etanlico por ste mtodo se llev a cabo el siguiente procedimiento:

1. Recoleccin de la muestra. 2. Pretratamiento: Limpieza y secado de la muestra 3. Reduccin de tamao: se tom la muestra seca y se moli.

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4. Extraccin: se pes en gramos una cantidad del material y se deposit en el percolador (Fig. 8); se adicion el solvente etanol hasta cubrir completamente el material vegetal y se tap. 5. Percolacin: se dej reposar (1 da) y luego se recogi una fraccin de la mezcla, se recuper el solvente en el rotavapor (Fig. 7) y se retorn puro al percolador, vertindolo lentamente por la parte superior; simultneamente, se recogi una cantidad proporcional de la mezcla extracto-etanol por la parte inferior. Se realiz repetidamente el proceso de percolacin, hasta que el peso del extracto obtenido no variaba significativamente. 6. Control de calidad: se pes y envas el extracto. Se le realiz control de calidad para caracterizacin preliminar, por cromatografa de capa delgada y otras pruebas de coloracin (Resultados).

Fig. 8 Percolador

29

4. RESULTADOS

Los resultados obtenidos en el desarrollo de la metodologa antes planteada, se encuentran resumidos a continuacin, as: 4.1 Puesta en marcha y condiciones de operacin del equipo.

Como prueba de funcionamiento operacional del equipo, se llev a cabo la extraccin con una muestra de hojas de Manzanilla, obtenindose los siguientes resultados: Tabla #1 Extraccin del aceite esencial por arrastre con vapor a una muestra de hojas de Manzanilla Densidad () (g/mL) 0.66 0.67 n*

Peso muestra (g) 774.07 564.31

Flujo

Temp.

Temp.

Temp.

Flujo cond

Vol. Ac.

agua enf Ent agua Sal agua Extracc (mL/min) 5988 5879 (C) 26 26 (C) 27 26 (C) 98 98

(mL/min) (mL) (%) 1.0 0.9 4.1 0.34 2.8 0.33

(*) Rendimiento volumtrico, calculado en todas las experiencias para aceites esenciales como:

30

n=

Vaceite * muestra * 100 Pesomuestra

Una vez realizado el ensayo con las hojas de Manzanilla se comprob que el equipo no presentaba fugas, la operacin se desarrollaba satisfactoriamente y que en el producto se definieran claramente las dos fases: aceite agua, fciles de separar.

Se observ que el volumen de agua cargada en el generador de vapor, requera un tiempo de calentamiento aproximado de 30 minutos para iniciar la generacin de vapor. De igual forma, mientras transcurra la operacin se not que pasados los 90 minutos despus de generado el vapor, el volumen de aceite esencial obtenido no presentaba variaciones significativas; hecho que ayud a fijar el tiempo de extraccin para las especies a trabajar (Numeral 3.4, item 6, pg. 25).

De la tabla anterior se puede concluir que como es de esperarse el rendimiento es directamente proporcional a la cantidad de muestra que se utilice para la extraccin, siendo preferible trabajar con grandes cantidades puesto que el volumen a obtener es mayor y por consiguiente ms fcil de separar. 4.2 Seleccin de especies

Debido a que la variedad de especies vegetales en el Amazonas es tan amplia, se realiz una pequea clasificacin de estas con el fin de facilitar el manejo de la informacin obtenida:

31

Tabla # 2 Listado inicial de algunas de las especies conocidas en el Amazonas Tipo Frutales Nombre Vulgar Pomarrosa, aguaje, asa, camu camu, humar, cocona, araz, maran, uva, copoza, limn, pia, carambola, canyarana, boroj, chontaduro, papaya, castaa, guama, tamarindo, badea, mariramba, canangucho, acerola,

naranja, banano, ahuyama, ann, cacao, guamilla, caimo, pan de rbol, milpesos, bacaba, macambo, chicle. Ornamentales Bastn del emperador, victoria regia, flor del muerto, jazmn, bella a las once, campana de oro, croto, guardaparque, yinyer, oreja de elefante, veranera,

buganvile, camarn, siete cueros, manta guajira, san Joaqun, narciso, rbol de la felicidad. Medicinales inchi, organo, lengua de boa, altamiza, chancapiedra, mucura, uvo, ua de gato, cortadera, guaco, limoncillo, andiroba, copaiba, hojas de santa mara, sauco,

chuchuwasa, matarratn, malva, paico, yantn, menta, ortiga, basuria, ruda, sbila, escama de piraruc, lupuna, carguero, huacapurana, canyir, mucura, algodn,

algingible, alcentilla, pin, albahaca, capinur, rabo de mico, capeba, palo de arco. Maderables Cedro, palo sangre, aguacatillo, ceiba, corazn, palo caspio, ramo caspio, castao, topa, balso, comino, itawa, marupa, quinilla, acap, achapo, bamb, tabique. Otras Palo rosa, Barbasco, Yaj, Coca, chicoria, chachajo, huito, guaran, aj, marihuana, cilantro, azafrn, cebolla, ame

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Realizados los descartes (numeral 3.3., pg. 23), se dejaron las especies ms promisorias y de ms fcil consecucin, llegndose a la lista de trabajo que se resume a continuacin en la tabla # 3 en donde se presenta el nombre vulgar, nombre cientfico, familia a la que pertenece y partes de la planta sometidas al proceso de extraccin por arrastre con vapor. Tabla # 3 Especies seleccionadas para la obtencin de los aceites esenciales por arrastre con vapor No Nombre Comn1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Ua de gato Huito Maraon Copoaz Uva Araza Cedro Coca Chachajo Chicoria Pia Cocona Limn Andiroba Uncaria tomentosa Genipa americana Anacardium occidentale L. Theobroma grandiflorum Pourouma cecropiifolia C. Eugenia stipitata Cederla odorata Erythroxylon coca Aniba perulitis Eryngium foetidum L. Ananas comosus Solanum sessiliflorum Citrus aurantifolia Carapa guianensis Rubiaceae Rubiaceae Anacardiaceae Sterculiaceae Cecropiaceae Myrtaceae Meliaceae Erythroxylaceae Lauraceae Apiaceae Bromeliaceae Solanaceae Rutaceae Meliaceae Hojas Hojas Hojas Hojas Hojas Hojas Hojas Hojas Hojas Hojas Hojas Hojas Hojas Hojas Corteza Fruto Fruto Fruto Fruto Fruto Corteza Fruto Fruto Fruto Corteza

Nombre Cientfico

Familia

Partes

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4.3 Informacin Etnobotnica de las especies seleccionadas:

El estudio etnobotnico, consiste en hacer una compilacin de toda la informacin que manejan las personas nativas de una regin sobre una planta, conocimientos que han pasado de generacin en generacin sin ser escritos o recopilados; con el fin de proponer o establecerle usos a dicha especie.

La tabla #4 presenta la informacin etnobotnica correspondiente a las especies seleccionadas en el numeral anterior. Tabla # 4 Informacin Etnobotnica de las Especies Seleccionadas No 1 Especie UA DE GATO Uncaria tomentosa Usos Dentro de las enfermedades tratadas con ua de gato se tienen las siguientes: Procesos inflamatorios de diversa ndole; ulcera gstrica; diabetes; irregularidades del ciclo menstrual; convalecencia y debilidad general; gonorrea. Segn el caso, son tomadas en infusin y decoccin o aplicadas en emplastos. 2 HUITO Genipa americana Los frutos maduros se usan para jugos, saborizar las bebidas alcohlicas y cocido en poca agua para la tos. Adems se puede usar como desmanchador de piel uso externo-, tomado en infusin para el

34

estrs, los nervios y el insomnio. Se usa para los clicos menstruales, flujo vaginal, asma, entre otras. Los frutos verdes son rallados y aplicados en el cuerpo de los nios indgenas para fortalecer los huesos y la piel, y en los adultos como proteccin al ataque de los mosquitos. 3 MARAON Anacardium occidentale L. La fruta madura es usada para jugos o como alimento. Tambin se usa para la gripa como expectorante y para las cicatrices en cataplasmas. Las almendras tostadas o saladas son usadas para acompaar alimentos. En infusin o coccin se usa para la diarrea. Adems se cree que mejora la memoria. 4 COPOAZU Theobroma grandiflorum 5 UVA Pourouma cecropiifolia C. 6 ARAZA Eugenia stipitata 7 CEDRO Cedrela odorata 8 COCA Erythroxylon coca Se utiliza como anestsico. En preparado tradicional mambe, lo usan para evitar las Madera de alta calidad, fcil de trabajar. Resistente al ataque del comegen. La fruta madura se usa para hacer jugos, compotas, postres. La nuez, despus de un tratamiento de secado y molienda presenta caractersticas similares a las del cacao y puede ser usada para tal fin. La cscara es usada para ayudar a curar las heridas en forma de cataplasmas. La fruta se consume en su estado natural o es usada para la preparacin de vinos. Las cenizas de las hojas se mezcla con hojas de coca y las usan para masticar o mambear. El fruto maduro se usa para jugos y las hojas se usan en decoccin para combatir la diarrea.

sensaciones de hambre, sed y fatiga.

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Adems, es usado por sus propiedades estomacales y circulatorias. Se consume en t para tratar la tensin. 9 CHACHAJO Aniba perulitis Se usa para baos, cuando la persona siente malestar general. Las hojas secas son usadas para sahumerios y segn algunas creencias para el mal de ojo y creencias de estas clases. 10 CHICORIA Eryngium foetidum L. Se usa como condimento en los alimentos. Previene los calambres. Se cocina con las races y se toma para los clculos renales. Tambin es usada para el tratamiento de la anemia. En cocimiento tambin se usa para apurar los dolores de parto. 11 PIA Ananas comosus La fruta se usa como alimento y para hacer jugos, mermeladas Se consume en caso de infecciones en la garganta o en los riones, clculos renales. En ayunas para mejorar la memoria. La cscara hervida se utiliza para eliminar grasa del abdomen. Medio verde, se raspa y se consume para la amibiasis. 12 COCONA La fruta es usada para hacer jugos. Se le atribuyen propiedades al jugo como humectante de

Solanum sessiliflorum piel, mejorador del brillo del cabello, para enfermedades de los riones, adems es muy consumido por las personas que sufren de diabetes y presin alta. Las hojas se soasan y se ponen sobre las quemaduras para ayudar en el restablecimiento del tejido. 13 LIMON Para hacer bebidas refrescantes.

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Citrus aurantifolia 14 ANDIROBA Carapa guianensis

Se aplica sobre el cabello para el control de la caspa y para suavizarlo. En caso de mordidas de serpientes. Cura afecciones de los riones causadas por la fiebre amarilla. Es comprobada su accin en el tratamiento de la ictericia y afecciones del hgado. El aceite extrado de las semillas se utiliza en el tratamiento del raumatismo.

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4.4 Aceites Esenciales: Realizadas las extracciones de los aceites esenciales por arrastre con vapor a las especies seleccionadas en el numeral 4.2, se obtuvieron los siguientes resultados de las operaciones. Tabla # 5 Resultados del proceso de extraccin por arrastre con vapor (*) No. Especie Parte Densidad Peso tiempo Flujo Temp. Temp. Temp. Flujo Presencia Vol** n*** extrada real muestra extrac. agua enf Ent agua Sal agua Extracc cond Aceite (g/mL) (g) (min) (mL/min) (C) (C) (C) (mL/min) Esencial (mL) (%) Hojas 0,66 777,27 90 6065.8 28 29 98 1.32 Si N.D. Corteza 0,99 850,12 90 3570.5 26 27 98 1.86 No 0 0 Hojas 0,61 824,93 90 5513.5 27 28 98 1.44 Si N.D. Fruto 1,05 1292,27 90 5268.3 26 27 98 1.74 Si 0,1 0,0081 Hojas 710,48 0,68 90 5391.3 27 28 97 1.14 Si N.D. Fruto 0,89 1170,72 90 4784.9 27 28 97 1.74 Si N.D. Hojas 486,29 0,45 90 4415.1 26 27 96 1.26 Si N.D. Fruto 0,76 1235,11 90 6097.5 27 28 97 1.86 Si N.D. Hojas 0,54 750 90 5842.0 26 27 97 1.20 No 0 0 Fruto 0,92 1080 90 2576.9 26 27 97 1.56 Si N.D. Hojas 800 5913.1 0,71 90 28 29 98 1.38 Si N.D. Fruto 0,96 2200 90 5730.6 26 27 97 1.68 Si 0,1 0,0043 Hojas 615,95 0,63 90 6000.0 27 28 97 1.44 Si N.D. Corteza 0,33 530 90 6096.2 26 27 98 1.02 Si 2,4 0,147 Hojas 0,45 518,59 90 5625.0 26 27 98 1.20 No 0 0

1 Ua de gato 2 Huito 3 Maraon 4 Copoaz 5 Uva 6 Araza 7 Cedro(****) 8 Coca

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9 Chachajo Hojas 10 Chicoria Hojas 11 Pia Hojas Fruto 12 Cocona Hojas Fruto Hojas 13 Limn Fruto 14 Andiroba Hojas Corteza

0,59 0,77 1,94 0,88 0,55 0,94 0,7 1,1 0,57 0,5

502 750 1045 1928,16 503,73 1002,42 563,14 1002,31 525 2505

90 90 90 90 90 90 90 90 90 90

5919.3 7428.6 7200.0 4931.8 5969.6 4875.4 6224.1 6050.4 4994.7 5407.6

27 27 27 27 26 26 26 27 26 26

28 28 28 28 27 27 27 28 27 27

97 98 97 97 97 98 97 97 97 97

1.26 1.08 1.26 1.80 1.38 1.74 1.44 1.74 1.50 1.80

Si Si No No Si Si Si Si Si Si

N.D. 0,1 0,01 0 0 0 0 N.D. N.D. N.D. 1,3 0,141 0,1 0,007 0,2 0,004

(*) Debido a la poca fluctuacin de las variables, se reportan los promedios obtenidos durante la operacin. (**) Volumen escaso difcilmente medible quedando el aceite diluido en el agua condensada. (***) N.D.: No determinable (****) A diferencia de las dems muestras, la corteza de cedro se trabaj en base seca, puesto que por la calidad de maderable, al drsele ste uso queda gran cantidad de material sin utilizar desechndose en forma de aserrn y viruta pudiendo aprovechar mejor su composicin.

Las especies resaltadas: Cedro, Limn y Andiroba; son en las que se centrarn los anlisis posteriores. En el caso del Cedro y el Limn, por ser las dos especies con mayor rendimiento volumtrico en aceite esencial, sern las elegidas para determinar la influencia de las variables en la operacin. La Andiroba por su parte, debido a que es un ejemplar muy conocido y manejado no slo regionalmente, se tomar para la obtencin de los extractos etanlicos.

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4.4.1 Anlisis de las variables de la operacin:

Como ya se mencion, por presentar los mayores rendimientos volumtricos en aceite esencial (tabla #5), se seleccionaron para el posterior anlisis de variables: el cedro y el limn.

Tomando como base el esquema de la operacin (Fig.9) para caracterizar las variables ms importantes se tiene:

Fig. 9 Esquema de la operacin

Variable de respuesta: Volumen de aceite - Rendimiento volumtrico

Variables independientes: Tipo de operacin Presin de operacin Flujo de vapor Tiempo de extraccin Volumen inicial del agua para produccin de vapor Especie a trabajar Masa inicial del material vegetal

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Flujo de agua de enfriamiento

Por el carcter del equipo implementado, el tipo de operacin se fija como batch a presin atmosfrica (PatmLeticia

= 1.01 bar), con dos clases de materia prima

independiente una de la otra. De igual forma, tanto la cantidad de material vegetal a trabajar como el volumen de agua para la generacin de vapor iniciales, quedan determinadas por la capacidad del equipo; trabajando las mximas permitidas para obtener mayores volmenes de aceite.

De all, que las variables manipulables del sistema son: Flujo de vapor. Tiempo de operacin.

Teniendo en cuenta las limitaciones propias del equipo -especialmente de capacidad-, se plantea el siguiente diseo experimental, con dos niveles para cada variable: Tabla # 6 Diseo experimental planteado Volumen de aceite (mL) Variables Flujo de vapor Medio(**) Ensayo Ensayo Tiempo (min) Alto (*) 90 60 Ensayo Ensayo

(*) Q = 13.92 mL/min : Obtenido al graduar la perilla de la estufa en alto durante la prctica. (**) Q = 11.27 mL/min : Obtenido al graduar la perilla de la estufa en medio durante la prctica.

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En el caso del tiempo, se plantean stos dos niveles teniendo en cuenta que: primero, como se observ durante las extracciones con Manzanilla el volumen de aceite no variaba significativamente pasados los 90 minutos y segundo que a tiempos mayores la calidad del aceite a obtener poda degradarse por la exposicin prolongada del material al vapor.

Desarrollando el modelo por duplicado y reportando el promedio de las experiencias, se tienen los siguientes resultados: Especie: CEDRO Peso material = 520 g Tabla # 7 Volumen y rendimiento volumtrico obtenidos al trabajar con Cedro variando el flujo de vapor y el tiempo de extraccin Volumen de aceite (mL) Variables Tiempo (min) 90 60 Flujo de vapor Alto 2.3 1.6 Medio 0.6 0.2 Rendimiento volumtrico (%) Variables Tiempo (min) 90 60 Flujo de vapor Alto 0.146 0.101 Medio 0.038 0.012

Apariencia del aceite De color amarillo claro, viscoso con olor a madera y caracterstico a la muestra trabajada. aceite = 0.646 g/mL

42

Especie: LIMON Peso material = 1321 g Tabla #8 Volumen y rendimiento volumtrico obtenidos al trabajar con Limn variando el flujo de vapor y el tiempo de extraccin Volumen de aceite (mL) Flujo de vapor Tiempo (min) 90 60 Alto 1.7 1.1 Medio 0.4 0.1 Tiempo (min) 90 60 Rendimiento volumtrico (%) Flujo de vapor Alto 0.141 0.09 Medio 0.03 0.006

Apariencia del aceite De color casi transparente, poco viscoso con olor agradable,

caracterstico a los ctricos. aceite = 0.816 g/mL

Graficando los rendimientos para ambas especies en la misma figura (Fig. 10), se puede concluir claramente que la disminucin en el flujo de vapor afecta considerablemente el rendimiento de la operacin, siendo entonces preferible trabajar a flujos altos.

Por otra parte, se observa que los rendimientos obtenidos por el cedro y el limn a las mismas condiciones de flujo (alto) y tiempo son un poco mayor para el cedro aunque no significativamente.

Pasados los 90 minutos en el caso de flujo alto, los volmenes aumentan muy poco, incurrindose en costos de operacin innecesarios. Para el flujo medio,

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es claro que el volumen debe seguir aumentando pero el proceso es muy lento comparado con el obtenido a flujos altos.

0,16 0,14 0,12 0,1 0,08 0,06 0,04 0,02 0 0 60 t (min) 90

Cedro alto Cedro medio Limn alto Limn medio

n (%)

Fig. 10 Influencia del tiempo de extraccin y el flujo de vapor sobre el rendimiento volumtrico de aceite esencial al trabajar con cedro y limn 4.4.2 Balances de Materia y Energa:

El clculo de los Balances de Materia y Energa define por medio de sus principios de conservacin, los flujos, composiciones y temperaturas de las corrientes presentes en una operacin; datos requeridos para el diseo de los equipos necesarios para el desarrollo de la misma.

El Principio de Conservacin de la Materia se define como: la cantidad de materia que ingresa en un sistema, ms la cantidad de materia que se genera dentro del sistema, menos la cantidad de materia que sale del sistema debe ser igual al incremento en la cantidad de materia almacenada en el sistema.

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Anlogo al anterior, el Principio de Conservacin de Energa se define como: la cantidad de energa que ingresa en un sistema, ms la cantidad de energa que se genera dentro del sistema, menos la cantidad de energa que sale del sistema debe ser igual al incremento en la cantidad de energa almacenada en el sistema.

Entendindose por sistema a una regin de espacio aislada para su estudio por la que puede pasar materia y/o energa.

De esta forma, los Balances de Materia y Energa para la operacin estudiada se realizarn con los datos obtenidos para el cedro a flujo de vapor alto y tiempo de extraccin: 90 minutos, porque presentan rendimientos mayores.

Puesto que los rendimientos reportados para el Cedro en la tabla #5 (pg. 38) y en la tabla # 7 (pg 42) son similares 0.147% y 0.146% respectivamente, se tomaron para los Balances de Materia y Energa los reportados en la tabla # 5; a continuacin se resumen y se anexan aquellos que no aparecen reportados en la tabla antes mencionada (volumen de lquido retenido en el extractor y en el condensador) por no afectar directamente el clculo del rendimiento volumtrico de la operacin.

Presin atmosfrica = 1.01 bar Flujo de vapor = 13.92 mL/min Tiempo de calentamiento = 30 min Tiempo de evaporacin = 90 min Volumen agua cargado en el generador = 3500 mL Volumen retenido en el extractor = 173.2 mL Volumen retenido en el condensador = 332 mL Masa inicial de muestra = 530 g

45

Flujo de condensado = 0.017 mL/s = 1.02 mL/min Flujo de agua enfriamiento = 101.604 mL/s Volumen de aceite esencial = 2.4 mL Densidad aceite esencial = 0.646 g/mL 4.4.2.1 Balances de Materia:

Definiendo el sistema como el que se muestra en la fig. 9. (pg. 40) y realizando balances totales para la operacin se obtiene:

Masa entra Masa sale + Masa generada = Masa acumulada

Considerando la operacin como batch se tiene que: no entra masa (se carga inicialmente), no sale (la corriente de producto queda retenida en el separador) y no hay generacin puesto que lo que se realiza es una separacin. As el balance queda definido como:

0 = Masa acumulada Balances por componente: Agua: Observando en la fig. 9 la trayectoria del fluido se tiene que: el agua se carga en el generador y es calentada (30 minutos), iniciada la ebullicin sale en forma de vapor y pasa al tanque extractor en el que a medida que se desarrolla la extraccin, parte de ste condensa debido a la diferencia inicial de temperaturas entre l y el material vegetal; luego la mezcla vapor aceite llega al condensador y pasa al separador agua aceite en forma lquida.

De sta forma, el balance se puede definir as:

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0 = V1 + V2 +V3 + V4 De donde: V1 : Volumen de agua evaporada en el generador de vapor. V2 : Volumen de agua retenido en el fondo del extractor. V3 : Volumen de agua retenido por el material. V4 : Volumen de agua en la corriente de producto. Entonces, s: Qvapor = 13.92 mL/min mL * 90min min textraccin = 90 min

V1 = 13.92

V1 = 1252.8mL

El V4, est dado por la suma de el volumen retenido en el condensador y el que va al separador.

Calculando el volumen en el separador: Qcondensado = 1.02 mL/min mL * 90min min

VAgua aceite = 1.02

VAgua aceite = 91.8mL VAg acT = 423.8mL

VAg acT = 91.8mL + 332mL V4 = Vag ac Vac V4 = 423.8mL 2.3mL

V4 = 421.5mL

Reemplanzando: 1252.8 mL = 173.2 mL + V3 + 332 mL + 89.5 mL

47

No se tiene en cuenta las prdidas puesto que no haban fugas durante la operacin.

V3 = 658.1 mL Muestra: La muestra se carga al extractor y se retira de ella el aceite, as:

0 = Masa final en el extractor + Masa aceite esencial

Masa aceite esencial = 2.4 mL * 0.646 g/mL Masa aceite esencial = 1.55 g

Masa muestra final = masa inicial masa aceite esencial Masa muestra final = 530 g 1.55 g Masa muestra final = 528.45 g 4.4.2.2 Balances de Energa:

Con Balances de Energa Totales por unidad, se tiene: En el generador de vapor Cargada el agua, se requiere una cantidad de calor para el calentamiento de la misma y otra cantidad de calor adicional para evaporar la fraccin que realiza la extraccin.

Operaciones: Calentamiento Evaporacin Calentamiento:

48

No hay cambio de fase, el calor es sensible: Qc = m * Cp * T

De donde: m : masa de agua calentada Cp : capacidad calorfica del agua T : diferencia de temperatura entre la de ebullicin y la inicial. J g * (99 26) C * 1 gC ml

Qc = 3500mL * 4.18

Qc = 1067990 J

Evaporacin: Cambio de fase, calor latente:

Solamente evapora V1 (Del Balance de Materia) Qe = m *

De donde: m : masa de agua evaporada : calor latente de vaporizacin a temperatura de ebullicin J g

Qe = 1252.8 g * 2256.22

Qe = 2826592.42 J

As, el calor total consumido en el generador de vapor es: Q T = Qc + Qe QT = 1067990 J + 2826592.42 J QT = 3894582.42 J

49

Condensador

Agua aceite (98C) Condensador Agua (27C) Fig.11

Agua aceite (27C)

Agua (26C)

Representacin grfica del condensador

De la ecuacin de conservacin de la energa: Qced = Qgan m1 * + (m1 * Cp * T1 ) = m2 * Cp * T2 De donde: Qced : calor cedido por la corriente vapor aceite (latente y sensible) Qgan : calor ganado por la corriente de enfriamiento (latente) m1 : masa condensada m2 : masa de agua de enfriamiento T1 : diferencia de temperatura en la corriente de condensado T2 : diferencia de temperatura en la corriente de enfriamiento : calor latente de vaporizacin a la Temperatura entrada de la corriente agua -aceite Q cedido Debido a que no se cuenta con las propiedades para el aceite esencial, y a su bajo contenido en comparacin al del agua, se asumir que la corriente a condensar y subenfriar es solo agua, as: g J * 2256.22 mL g

Qcond = 423.8mL *1

Qcond = 956186.036 J

50

Qsuben = 423.8mL * 1

g J * 4.18 * (98 27) C mL gC

Qsuben = 125775.364 J

QTotal = Qcond + Qsuben

QT = 1081961.4 J

Que es el calor total retirado en el condensador por la corriente de enfriamiento a la corriente de proceso. Agua requerida: De la ecuacin calor ganado despejando m2: magua = magua = QT Cp * T 1081961.4 J 4.18 J / g C * (27 26) C magua = 258842.44 g

Que es el mnimo de agua para obtener la transferencia de calor deseada. 4.4.3 Diseo del Destilador por Arrastre con Vapor a nivel de Planta Piloto

Al igual que los Balances de Materia y Energa, el diseo del destilador a nivel de planta piloto, se har con base al CEDRO, con los mismos datos resumidos en la pgina 45.

Las unidades a especificar son: Extractor Condensador EXTRACTOR: Entendido como el tanque o recipiente en el que se deposita el material al cual se le realizar la extraccin (fig. 12). Generalmente son de forma cilndrica y

51

dentro de l se disponen unos lechos que pueden ser en forma de cestones o discos perforados, con el fin de distribuir mejor la muestra. La tapa debe ser fcil de retirar y ajustar de forma hermtica para evitar las prdidas.

Fig. 12 Esquema general del Extractor

Para destilaciones por arrastre con vapor conocida como con Vapor Saturado (pg. 13), las dimensiones de altura y dimetro aconsejadas suelen ser iguales y no mayores a 2.50 m (R1).[15]

. Que puede tomarse como una relacin de diseo

R1: altura = dimetro

Si se disea la planta piloto para una capacidad de 40 Kg. de material vegetal a trabajar. M = 40 kg

Calculando el volumen que ocupara los 40 kg de Cedro, se tiene:

52

VM . P. = VM . P. =

PM .P. aparente 40000 g 0.082 g / mL VM . P. = 487804.9mL

Si el espacio vaco en el fondo del extractor, dispuesto para la distribucin a la entrada del vapor, es del 15% y se utiliza un factor de seguridad del 20% previendo el hinchamiento del material durante la operacin. Vreal = 0.488m3 + 0.488m3 * 0.15 * 1.2

(

)

Vreal = 0.673m3

De R1: h = 2*r

Donde: h : altura r = radio

Y para un cilindro: V = *r2*h

Reemplazando: 0.673m3 = * r 2 * 2 * r r = 0.48 m

As, las especificaciones, dimensiones finales del extractor y accesorios son: Volumen: 673 L Altura : 1 m Dimetro : 1 m Material de construccin: acero inoxidable

53

Medidor de temperatura Medidor de presin Vlvula de desage en la parte inferior Nmero de lechos = 3

Los lechos, se utilizan buscando que el material quede bien distribuido en el interior del extractor y se eviten las aglomeraciones.

Fig. 13 Plano del Extractor para arrastre con vapor a nivel planta piloto

54

CONDENSADOR[16]

Equipo en el que se enfra y condensan los vapores provenientes del extractor por contacto indirecto con una corriente de servicio, que se encarga de mantener las paredes que los separa a baja temperatura para que se de el fenmeno de la condensacin. Tipo de condensador a disear: Se seleccion el intercambiador de calor del tipo coraza y tubos, que es muy utilizado a nivel industrial para este servicio, debido a la versatilidad en la operacin, fcil construccin y desmonte para limpieza.

Inicialmente se definen los fluidos presentes en la operacin, se les da la ubicacin respectiva en el condensador y se listan las variables conocidas. As: Fluido de proceso: vapor aceite Por coraza Fluido de servicio: agua Por tubos

M = 141.1 lb/h Temp. entrada (T1) = 208.4 F Temp. salida (T2) Temp. Promedio = 80.6 F = 144.5 F Temp. entrada (t1) = 78.8 F Temp. salida (t2) Temp. Promedio = 104 F = 91.4 F

Generalmente se trabaja el agua por tubos para disminuir los daos en el condensador causados por la corrosin e incrustaciones. Especificaciones Puesto que es un diseo, requiere que se fijen otra serie de variables relacionadas al equipo como tal.

55

Tubos Tamao nominal = 3/8 pulg Nro. de tubos = 14 Arreglo triangular de 20 mm Nmero de pasos del fluido por tubos =1

Coraza D.I = 3.94 pulg

Con ayuda de diseos ya existentes se eligieron las especificaciones anteriores. Balance de Energa Definidas las variables y especificaciones de la operacin, se realiza el Balance de Energa anlogo al Balance de Energa presentado en el numeral 4.3.2.2., pgina 48.

Suponiendo que los vapores una vez llegan al condensador, primero condensan y luego subenfran, se tiene: Condensacin: Qc = m * Qc = 141.1 lb/h * 970 BTU/lb Subenfriamiento: Qs = m * Cp * (T1 T2) Qs = 141.1 lb/h * 1 BTU/lb*F * (208.4 80.6)F Total: QT = Qc + Qs Masa de agua necesaria: Es la cantidad de agua requerida para retirar el calor total de la corriente de servicio y se cumplan las condiciones de la operacin. QT = 154899.58 BTU/h Qs = 18032.58 BTU/h Qc = 136867 BTU/h

56

m= m=

QT Cp * (T2 T1 ) 154899.58BTU / h 1BTU / lb F * (104 78.8) F m = 6146.81lb / h

Temperatura media logartmica:

Calculo del t qs= m * Cp * (t-t1) 18032.58 BTU/h = 6146.81lb/h * (t 78.8F) Condensacin: Fluido caliente 208.4 208.4 Fluido fro 81.73 78.80 t = 81.73 F Subenfriamiento: Fluido caliente 208.4 80.6 Fluido fro 104 81.73

Entonces: MLDTc = 128.13 F MLDTs = 22.82F QT q MLDT 154899.58 BTU / h 136867 18032.58 + BTU / h F 22.82 128.13 Tbalanceada = 83.35 F

Tbalanceada =

Tbalanceada =

Tubos: A partir de las especificaciones y de la tabla 11 del Kern[16] se obtiene para tubos con tamao nominal de 3/8 in Calibre = 40

57

D. ext = 0.675 in D. int = 0.493 in at = 0.192 in2 N t * a 't 14 * 0.192in 2 1 ft 2 at = = * = 0.0187 ft 2 2 n 1 144in m 6146.81lb / h lb = = 328706.42 2 2 0.0187 ft at hft Area de flujo por tubo

Area total

Gt =

Vel. Masa por tubos

V =

Gt 328706.42lb / hft 2 1h ft = * = 1.46 3 62.5lb / ft 3600 s s

Vel. Agua dentro de tubos

De la figura 25 del Kern[29] hfig = 430 BTU/hft2F Con factor de correccin: BTU hft 2 F

hi = 447.2

Finalmente, corregido al dimetro exterior el Coeficiente de transferencia de calor dentro de tubos es: di de BTU 0.493in BTU * = 326.62 2 2 hft F 1.675in hft F

hio = hi *

hio = 447.2

58

Coraza: Condensacin: E clculo se realizar por tanteo y error, as: Suponiendo ho = 1200 BTU/hft ho (Tv ta ) hio + ho

tw = ta +

Temperatura de la pared del tubo

De donde: ta = t1 + t ' = 80.27 F 2 1300 (208.4 80.27) = 179.52 F 1300 + 378.27

Tv = 208.4 F tw = 80.27 +

tf =

tv + tw = 193.96 F 2

Temperatura de pelcula

Propiedades a tf K = 0.398 BTU / h ft F = 0.726 lb / h ft = 62.5 lb/ft3 Para condensadores verticales se tiene la ec. 12.39 del Kern[16]1/ 3 1 / 3

2 f h 3 2 k g f f

4G ' ' = 1.47 f

De donde:

59

g = 4.18X108ft/h2 w = 66.5lb / hft * Nt * Do

G' ' =

Carga de condensado para tubo vertical

Reemplazando: h = 1191.9 BTU hft 2 F Coeficiente de transferencia de calor coraza

aproximado al supuesto (h = 1200 BTU/hft) hio * ho BTU = 287.14 2 hio + ho hft F Qc = 3.72 ft 2 Uc * MLDTc

Uc = Ac =

Coef. total limpio de trans. para condensacin Superficie limpia para condensacin

Subenfriamiento P * de 2 4 * T * 0.86 PT 2 8 De = de 2 De = 0.329in Gs = w as C' B = 0.0383 ft 2 144 PT Claro Espacio entre deflectores Espaciado Dimetro interno coraza

Ecuacin 7.5 del Kern[16]

Dimetro equivalente Flujo msico por unidad de rea lado coraza

as = DI *

C = 0.112 in B = 9.843 in PT = 0.787 in D.I. = 3.94 in

60

Gs = 3684.073 Re =

lb ft 2 h

Gs * De = 91.189

Para el lado de coraza se tiene: DeG hoDe = 0.36 k 0.55

C k

1/ 3

w

0.14

Ahora, propiedades a Ta = 144.5 F K = 0.383 BTU / h ft F = 1.1 lb / h ft = 62.5 lb/ft3 C = 1 BTU/lbF

Reemplazando: ho = 85.62 BTU / h F Us = As = hio * hos = 79.88BTU / hft 2 F hio + hos Qs = 9.89 ft 2 Us * MLDTs Coef. transf. calor para subenfriamiento Coef. Total limpio para subenfriamiento Superficie limpio para subenfriamiento

El rea total: A = Ac+As A = 13.61 ft2

Ubal =

UiAi = 136.53BTU / hft Ai

2

F

Coeficiente limpio balanceado

Area del equipo A = a ' '*Nt * L

61

Suponiendo L = 4.92ft a' ' = 0.2618 ft 2 A=18.032ft2 QT = 103.06 BTU / hft 2 F A * Tbal U cb U D = 0.0023 U cb * U D Area superficie exterior tubos, tomada de la tabla 10 del Kern[16]

UD = Rd =

Coef. Total de diseo Coef. De obstruccin

Rdsugerido = 0.0005 Rdsug < Rdcalc : El rea es suficiente para la operacin. Las caractersticas finales del condensador son: Material de construccin: acero inoxidable Disposicin: vertical Nro. Tubos = 14 Longitud de tubos = 4.92 ft D.I. coraza = 3.94 in Pasos por tubo = 1 Pasos por coraza = 1 = = 1.5 m 10 cm

62

Fig. 14 Plano Condensador de la Planta Piloto para destilacin por arrastre con vapor

63

4.4.4 Diagrama de Bloques - Aceites Esenciales

A continuacin se presenta resumido el proceso para la extraccin de aceites esenciales por arrastre con vapor en un diagrama de bloques para una mejor comprensin del mismo. Recoleccin de la materia prima

Transporte y recepcin

Pretratamiento de la materia prima: Seleccin y limpieza

Impurezas

Reduccin de tamao

Extraccin por arrastre con vapor

Residuo vegetal hmedo

Separacin del aceite

Agua

Envasado y almacenamiento del aceite

Control de calidad.

Fig. 15 Diagrama de Bloques para la obtencin de Aceites Esenciales

64

4.5 Extractos Etanlicos: 4.5.1 Resultados en la obtencin de los Extractos Etanlicos. Como se mencion en la metodologa, para la obtencin de los extractos etanlicos se seleccionaron: el Cedro por haber sido la de mayor rendimiento en aceite y la de Andiroba por contar con un uso medicinal amplio.

Para el caso de los extractos, el rendimiento (n) calculado, es un rendimiento msico determinado as: n= Donde: Pext : peso del extracto Po : peso de material inicial Cedro Solo para este caso, se desarrollaron los 2 mtodos: maceracin y percolacin, con el fin de establecer diferencias en los rendimientos obtenidos por cada uno. Tabla # 9 Resultados obtenidos para los extractos etanlicos del cedro Maceracin Po (g) Pextracto (g) Rendimiento (%) Andiroba: por Maceracin Po = 1000 g Pext = 61 g n = 6.1% 677 137 g 20.24 Percolacin 540 141 26.11 Pext * 100 Po

65

4.5.2 Diagrama de Bloques Extractos Etanlicos

Resumiendo el proceso para la obtencin de Extractos Etanlicos en un diagrama de bloques. Recoleccin de la materia prima

Transporte y recepcin

Pretratamiento de la materia prima: Seleccin, limpieza y secado

Impurezas

Molido del material

Extraccin por Maceracin o Percolacin

Recuperacin del solvente

Solvente

Extracto

Envasado y almacenamiento del producto

Control de calidad. Fig. 16 Diagrama de Bloques para la obtencin de Extractos Etanlicos

66

5. ANALISIS DE RESULTADOS Y CONCLUSIONES

Sin lugar a dudas, el Amazonas presenta un amplio panorama en la bsqueda de nuevos productos, sin embargo, debe tenerse en cuenta el costo que representa la investigacin en el Departamento, sobretodo en procesos como el estudiado en el presente informe, que requiere de equipos y algunos implementos de carcter tcnico.

Operaciones tan sencillas como la destilacin por arrastre con vapor de agua para la obtencin de aceites esenciales, se convierten en dispendiosas cuando se llevan a cabo en lugares como Leticia, que presentan una comunicacin limitada con el resto del pas y en especial con aquellos lugares proveedores de implementos mnimos para la adecuacin de los equipos de trabajo. Es all, donde se presenta, tal vez uno de los mayores retos y dificultades en el desarrollo de esta clase de trabajos experimentales. Otro sin lugar a dudas es el factor econmico, que a causa de un sin nmero de imprevistos, aumentan los gastos en ocasiones significativamente.

Ya en el caso particular, la adecuacin del montaje tom un poco tiempo buscando obtener mejores resultados; al igual que el muestreo de algunas especies, especialmente porque no se contaba con plantaciones o lugares de cultivo especficos.

Se tuvo el caso, de especies que se encontraban en lugares muy dispersos o alejados; entonces para cuando se lograba juntar la cantidad de muestra requerida, parte de la antes recogida ya presentaba deterioro; de esta forma la recoleccin tomaba mucho tiempo.

Durante el muestreo se present otro factor de importancia que marc otra limitante especialmente para los frutales, que fue la Cosecha, factor de tiempo

67

propio de cada

especie, que deba tenerse en cuenta.

No se realizaron

extracciones a las flores, de ninguna de las especies, debido a que como no se contaba con una plantacin fija, recolectar la muestra presentaba un alto grado de complejidad.

Debido a que las especies preseleccionadas, eran especies ya conocidas y manejadas, no fue necesario realizar el asentamiento en el Herbario Nacional Colombiano del Instituto de Ciencias Naturales de la Universidad Nacional Sede Bogot. As, se recurri a la base de datos SIAMAC (Sistema de informacin para la amazona colombiana), con que cuenta la Sede Leticia, y de all se obtuvo el nombre cientfico y la familia correspondiente para todas las especies (tabla #2, pg. 32).

Las 14 especies preseleccionadas se sometieron bajo las mismas condiciones al proceso de extraccin, tratando de fijar un punto de referencia para poder hacer una comparacin entre ellas.

Graficando de forma cualitativa (Fig. 17) los resultados obtenidos por cada extraccin y el rendimiento; tomado como: determinado, para aquellas muestras a las que se les pudo medir la cantidad de aceite producido; indeterminado, a aquellas que aunque presentaron aceite su rendimiento fue tal que al intentar separarlo no se pudo y sin aceite, a aquellas que despus del proceso de extraccin no reportaron rendimiento. Se puede notar que despus de realizar las 25 extracciones en 20 de ellas, hay presencia de aceite, claro est que de las 20 solamente 7 pudieron ser medidos; mostrando como era de esperarse que hay especies que pueden servir para tal fin, ms teniendo en cuenta que la lista fue pequea (14 especies), comparado con la gran cantidad de especies vegetales que se encuentran en el Amazonas.

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22% Indeterminado 56% 22% Sin aceite Determinable

Fig. 17 Representacin cualitativa de los resultados De all se seleccionaron las 2 especies que mayor rendimiento volumtrico de aceite presentaron: cedro (Cedrela Odorata) y el limn (Citrus Aurantifolia), para posteriores pruebas, con el fin de establecer influencias de algunas de las variables del proceso, fijando un pequeo diseo de experimentos que permitiera notar estas influencias y que pudiera ser desarrollado con los elementos con que se contaba (pg. 41).

Al observar y analizar los resultados obtenidos durante este trabajo, debe tenerse en cuenta que, si bien el desarrollo de la metodologa se hizo lo ms preciso y correcto posible, se presentaron una serie de factores que no se podan evitar como: que aunque se trat de recoger las especies ms sanas, homogneas, de lugares similares o de un solo lugar, tratando de buscar uniformidad, el contenido de aceite se ve muy influenciado por la forma de cultivo de la planta, el cuidado que se le de, abono, poda ...

Que el equipo con que se contaba tena sus limitaciones especialmente de capacidad.

69

5.1 Interpretacin de los resultados cromatogrficos en capa delgada(*) realizados a los extractos etanlicos de cedro y andiroba y a los aceites esenciales de limn, cedro y andiroba, como control de calidad.

El estudio cromatogrfico en capa delgada se hizo en placas preparadas utilizando como medio: silica gel para placa con indicador ultravioleta (254 y 360 nm) de la casa MERCK, y con espesor de 3 mm.

Las placas se prepararon ubicando las lminas de vidrio de 20x5 cm en un carro manual de laboratorio elaborado en la Sede Bogot, y en forma de barrido, se extendi la slica previamente diluida en agua (32 g de slica con 64 ml de agua), luego se activaron llevndolas a la estufa por un perodo de 2 horas a 100 C.

Los aceites esenciales fueron sembrados directamente en la placa; para el caso de los extractos, se tomaron pequeas cantidades y se diluyeron con cloroformo. Las siembras sobre las placas se hicieron con capilares, aplicando pequeas cantidades de la muestra repetidamente y dejando secar entre cada aplicacin.

Las muestras se enumeraron as: 1 Extracto de cedro obtenido por maceracin 2 Extracto de cedro obtenido por precolacin 3 Extracto de andiroba 4 Aceite esencial de cedro 5 Aceite esencial de limn 6 Aceite esencial de hojas de andiroba 7 Aceite esencial de corteza de andiroba(*) Mayor informacin sobre la tcnica en el Anexo A

70

Puesto que se trataba de separar los metabolitos (ampliacin del concepto en el Anexo B) para poderlos cuantificar, se probaron varios solventes de diferente polaridad como lo son: Tolueno, acetato de etilo, eter de petrleo y cloroformo. Se prepararon varias soluciones (tabla # 10) y en cada una de ellas se corri la placa que luego fue revelada con Yodo para notar el grado de separacin.

Realizadas las pruebas, se concluy que en el caso de los extractos etanlicos, la mejor mezcla es la de Tolueno : acetato de etilo, en relacin 8:2 (Placa L, fig. 18); y para los aceites esenciales la mezcla Eter de petrleo : acetato de etilo, en relacin 9:1 (Placa P, fig. 19). Tabla # 10 Soluciones eluyentes para el estudio cromatogrfico en capa delgada Numeracin C D E F G H I J K L M N O P,T Q,R,S Mezcla Tolueno: acetato de etilo Tolueno: acetato de etilo Tolueno: acetato de etilo Tolueno: acetato de etilo Eter de Petrleo: Tolueno Tolueno Eter de petrleo Tolueno Tolueno: acetato de etilo Tolueno: acetato de etilo Tolueno: acetato de etilo Cloroformo Eter de petrleo Eter de petrleo : acetato de etilo Tolueno: acetato de etilo Relacin 7:3 6:4 5:5 9:1 8:2 10 10 10 9:1 8:2 7:3 10 10 9:1 8:2

71

Establecidas las mezclas que favorecan la separacin, se hicieron otras pruebas de coloracin. As: Revelado con Yodo. El revelado consisti en introducir la placa en una cmara previamente saturada con Yodo, se dej por un periodo aproximado de 1 a 2 horas; pasado este tiempo se observ la cantidad de manchas presentes, coloracin y separacin entre ellas.

Teniendo en cuenta que el revelado con yodo permite notar la presencia de metabolitos fijos en la muestra analizada, se puede afirmar que los extractos de cedro obtenidos por los mtodos de maceracin (1) y percolacin (2), presentan un alto contenido de metabolitos debido a la intensidad que tienen las manchas al revelar con Yodo; aunque son mayores en el extracto por percolacin, lo cual hace pensar que ste extracto puede contener mayor proporcin de metabolitos.

El extracto de andiroba obtenido por maceracin presenta una cromatografa deficiente en abundancia de manchas, lo que indica que posiblemente la mezcla de eluyentes utilizada o el medio en el que se sembr, no eran las mejores para ste tipo de revelado. Revelado con Vainillina. El revelado con vainillina es apropiado para la caracterizacin de compuestos fenlicos, terpenos y terpenoides.

Consiste en asperjar sobre la placa sembrada y seca, la solucin de Vainillina dejando secar por unos minutos y sometindola a calentamiento suave sobre una estufa.

72

Observarda la placa revelada con vainillina y comparando los resultados del aceite esencial y los extractos para el cedro, se nota que los compuestos analizados estn presentes tanto en el aceite esencial como en los extractos, siendo mayor la proporcin en los aceites esenciales por la coloracin que presentan.

Por la naturaleza de la coloracin (azul, amarillo) se puede suponer que los aceites esenciales de andiroba y limn contienen metabolitos de tipo fenlico.

Este revelado permite determinar muy preliminarmente la riqueza terpnica de los aceites esenciales extrados, puesto que todos presentan coloraciones de diversas intensidades.

Fig. 18 Revelado de los extractos con Yodo

73

Fig. 19 Revelado con yodo de los aceites esenciales Revelado con Dragendorf. Utilizada para alcaloides.

Consiste en asperjar sobre la placa sembrada y seca, la solucin dejando secar por unos minutos.

La placa revelada con Dragendorf, no dio ninguna mancha relevante, lo que hace suponer que los extractos y aceites esenciales analizados probablemente no tienen presencia de alcaloides. Revelado con Lieberman Buchard Util para la caracterizacin de esteroides y/o triterpenoides.

Consiste en asperjar sobre la placa sembrada y seca, la solucin dejando secar por unos minutos y sometindola a calentamiento suave sobre una estufa.

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La placa revelada con Lieberman Buchard, indica ampliamente que las muestras (aceites esenciales y extractos) tienen terpenos y ncleos esteroidales. Es muy abundante la presencia de estos metabolitos

especialmente en los extractos fijos de cedro, en cuanto al extracto de andiroba presenta solo una mancha azul bien definida.

El aceite esencial de cedro presenta diferentes manchas, estando mejor definida en el de andiroba donde se pueden determinar claramente 5 manchas. 5.2 Pruebas de coloracin para los Extractos Etanlicos Adems de los estudios cromatogrficos en capa delgada, tambin se le realizaron a los extractos crudos pruebas de coloracin en tubo que indican la posible presencia de algunos metabolitos y fueron: Cloruro frrico: Solucin de FeCl3/Piridina/CHCl3 al 70% Prueba de caracterizacin para compuestos de tipo fenlico (taninos).

Se adicion a un tubo de ensayo una pequea cantidad de muestra diluida y se le adicionaron 2 gotas de la solucin de FeCl3. Las muestras 1 y 2 (extractos de cedro) tomaron una coloracin oscuro, dando resultado positivo a la prueba. Acido sulfrico: Se utiliza cido sulfrico concentrado. Prueba de caracterizacin para compuestos aromticos con doble y triple enlace y compuestos que dentro de su estructura tengan eterotomos de fcil protonacin.

75

Se adicion a un tubo de ensayo una pequea cantidad de muestra diluida y se le adicionaron 1 gota de HSO4. Las 3 muestras 1, 2 y 3 (extractos de cedro y andiroba), tomaron un color oscuro, dando resultado posito a la prueba. 5.3 Estudio cromatogrfico para los Aceites Esenciales A los aceites esenciales de Cedro y Limn se les realiz otro tipo de valoracin cualitativa por medio de la cromatografa de gases. Los cromatogramas

correspondientes se muestran en la figura 20 y 21 respectivamente.

Se utiliz un Cromatgrafo Hewlett Packard 5890 con columna capilar DB-WAX de 30 m x 0.25 mm de dimetro interno, con programa de temperatura de 50 hasta 200 C, velocidad de calentamiento de 4 C por minuto, gas de arrastre Helio 1 mL/min. Volumen inyectado: 1 microlitro.

Fig. 20 Cromatograma del Aceite Esencial de Cedro

76

De all se concluye para el Cedro (fig. 20) que: Tiene 44 seales fcilmente contables siendo posiblemente cada uno un constituyente del aceite. De los cuales 4 son mayoritarios, sin embargo, las de 39.5 y 40.5 son muy anchas y presentan picos laterales que son mezclas de compuestos, que para poder resolverlas exactamente sera necesario realizar otro perfiles variando las condiciones.

Fig. 21 Cromatograma del Aceite Esencial de Limn

En el caso del Limn (fig. 20): Anlogo al anterior, tiene 42 seales, de las cuales 4 son mayoritarias, 7

intermedios y 31 minoritarios. Presenta menos franjas anchas en comparacin al del cedro, lo que indica que las condiciones utilizadas se acomodan ms a sta muestra.

Comparando ambos cromatogramas puede concluirse muy preliminarmente que los compuestos constituyentes del limn son ms voltiles puesto que empiezan a salir entre 15 y 20 minutos mientras que en el cedro es entre los 32

77

y 34 minutos; por sta misma razn podra decirse que los compuestos constituyentes del cedro son de peso molecular mayor.

En caso tal que se deseara profundizar en la caracterizacin de los compuestos, podra recurrirse a una cromatografa de gases masas, de la que se obtendran los pesos moleculares de cada sustancia correspondiente a cada pico y luego hacerse una comparacin con los estndares que acompaan al equipo y proponer el nombre de posibles compuestos.

78

6. BIBLIOGRAFIA

[1] www.members.tripod.com/aromaticas/Plantas.html [2] http://bilbo.edu.uy/~planta/pdf/FacmacognosiaPE80/PREPARACION

EXTRACTOS.pdf [3] Documento 404 publicado en www.iespana.es/natureduca/med

extraccin1.html [4] www.geocities.com/CapeCanaveral/Launchpad/2296/Extraccion.html [5] BRUNETON Jean. Farmacognosia: fitoqumica plantas medicinales. 2

edicin. Ed. ACRIBIA, S.A. Espaa 2001 [6] http://bilbo.edu.uy/~planta/pdf/FacmacognosiaPE80/bolilla4.pdf [7] STASHENKO Elena E., Combariza Yhajaira. Memorias III Seminario y

Exposicin Nacional de Plantas Aromticas y Medicinales. 1998 [8] GIL P., Edison. Diseo y montaje de un equipo para la extraccin de aceites esenciales, a escala piloto. Revista Facultad de Ingeniera. Universidad de Antioquia. 2000 [9] BREWSTER R. Q, Curso prctico de Qumica Orgnica. Ed. Alambra S.A. Madrid 1970 [10] DOMNGUEZ Xorge A. Qumica Orgnica experimental. Limusa. Mxico. 1992 [11] http://www.medicinanaturista.com.ar/articulos/mednat/compresas.htm [12] http://usuarios.lycos.es/fandino/terapias/plantas.htm [13] RAMREZ R. Jorge E., Largo B. Luz Adriana. Estudio y extraccin de un aceite esencial a partir de la manzanilla. Colombia. Manizales 1995 [14] CALLEJAS T., Pablo A. Obtencin de extractos de plantas en medios cidos y/o alcohlicos para aplicaciones medicinales y alimenticia. Universidad Nacional de Colombia. Manizales. 2002 [15] GARCIA A, H. Aguilar S.A. Esencias Naturales. Madrid 1953 Tesis. Tesis. Universidad Nacional de

79

[16] KERN, Donald. Procesos de Transferencia de Calor. CECSA. Mxico. 1999 [17] TORRES de Young, Stella. Introduccin a la cromatografa. eun editorial Universidad Nacional. Coleccin Universitaria Ciencias. 1994 [18] SANABRIA G., Antonio. Anlisis fitoqumico preliminar. Metodologa y su aplicacin en la evaluacin de 40 plantas de la familia Compositae. Bogot 1983. [19] BARRERO G., Mara. Gonzlez H. Esneda P. Extraccin y

caracterizacin fisicoqumica del aceite de nuez de macadamia crudo. Tesis. Universidad Nacional de Colombia. Manizales. 1998 [20] KENNEDY, Jhon. Neville Adam. Estadstica para ciencias e Ingeniera . 2 Edicin. Ed. Harla. Mxico. [21] http://sinchi.org.co [22] www.enjoyperu.com/guiadedestginos/mano/plants/index2.htm [23] http://www.uniamazonia.edu.co/uniamazonia/index.htm [24] www.ur.mx/cursos/diya/quimica/sescobed/separa.htm [25] http://mviscas.udea.edu.co/~ff/esencias2001b.pdf

80

ANEXO A(17) Cromatografa en Capa Delgada CROMATOGRAFA: Definido como el mtodo de fraccionamiento y separacin de los componentes de una mezcla, basado en la migracin diferencial de los componentes transportados en una fase mvil que migra a travs de una fase estacionaria.

Dentro de la variedad de cromatografas que se han desarrollado se tienen: Cromatografa analtica (separa y cuantifica los metabolitos), cromatografa preparativa (permite aislar componentes), cromatografa de adsorcin

bioespecfica (separa compuestos con actividad biolgica), cromatografa de capa delgada, cromatografa por filtracin en gel o exclusin de tamao, cromatografa de gases, cromatografa de intercambio inico, cromatografa de alta eficiencia, entre otras. El uso de una u otra de stas tcnic