optimización de un proceso de extracción líquido

OPTIMIZACIÓN DE UN PROCESO DE EXTRACCIÓN LÍQUIDO-LÍQUIDO
PARA LA RECUPERACIÓN Y PURIFICACIÓN DE CAPSAICINA A PARTIR
DE UNA MICELA PUNGENTE DE CHILE DE
ÁRBOL PARA SU
APLICACIÓN EN LA INDUSTRIA ALIMENTARIA Y FARMACÉUTICA
Resumen ejecutivo
El objetivo general de este proyecto es elaborar diferentes productos
farmacéuticos utilizando la capsaicina como ingrediente activo. Los objetivos
específicos son: obtener capsaicina a partir de una extracción líquido–líquido;
encontrar la concentración óptima para la elaboración de productos
farmacéuticos, quesos y pomadas, además de usos cosméticos.
Como parte del proceso, se usó el chile de árbol, el cual es un fruto del
Capsicum originario de México con un alto contenido de capsaicinoides y un
contenido aceptable de carotenoides, además de tener un precio accesible.
Primero se eliminaron las patas y las semillas de forma manual, que son las
partes del chile que sólo interfieren en el proceso de extracción; después se
pasó a un molino de discos con la finalidad de obtener un tamaño de partícula
adecuada para la extracción. A continuación se tamizó, con un diámetro de
partícula uniforme mediante una malla de número 30, y se realizó la extracción
sólido-líquido durante 15 minutos, con una relación harina-mezcla de
disolventes de 1:5 y una relación de disolvente-agua (80:20). Se recuperó la
micela pungente eliminando impurezas durante esta etapa, y se recuperó el
disolvente orgánico de la micela para su posterior reutilización; la harina se
dejó secar a temperatura ambiente con movimientos periódicos para evitar la
formación de hongos. A la micela obtenida en la extracción sólido-líquido se le
realizó una extracción líquido-líquido con una relación de micela-disolvente de
1:3 durante 30 minutos a una temperatura de 35 °C.
Se utilizaron las siguientes enzimas: EC 3.2.1.15 (pectinasa de Rizhopus sp.),
EC 3.2.1.4 (celulasa de Aspergillus niger), EC.3.2.1.37 (hemicelulasa de
Aspergillus niger), todas las enzimas utilizadas fueron de la marca Sigma; los
disolventes utilizados para la extracción y análisis fueron los siguientes:
tetrahidrofurano, metanol y alcohol etílico (Fermont).
La mezcla de reacción del pretratamiento consistió de 50g de harina y 250 mL
de una solución amortiguadora adecuada para cada enzima, el valor de pH y la
concentración de cada enzima. Se realizó la extracción sólido-líquido de
capsaicinoides a las harinas tratadas con cada una de las enzimas; a las
micelas obtenidas se les cuantificó el contenido de capsaicinoides.
Con los resultados obtenidos se puede concluir que el tratamiento con cada
una de las tres enzimas mejoró el rendimiento en la extracción de los
capsaicinoides así como su pureza, con respecto al control negativo; el
tratamiento con pectinasa fue el que más aumentó el rendimiento de extracción
y la pureza de los capsaicinoides en la micela, con respecto al control negativo.
Los resultados de la primera extracción fueron: extracción solido-liquido,
utilizando 1 kg de materia prima y una mezcla de disolventes adecuada para el
arrastre de material pungente, pero que no arrastre capsaicinoides. Se utilizó
una mezcla de dos disolventes manejando una proporción de 50:50, así como
una relación harina de chile de árbol y disolvente de 1:5, el proceso de
extracción se realizó por agitación continua y a temperatura ambiente (22°C),
con un tiempo de extracción de 15 min. Al término del tiempo de extracción, la
muestra fue filtrada para separar la micela de la harina de chile de árbol.
Posteriormente a la micela se le elimino el disolvente en un rotavapor a vacío
con una pequeña elevación de la temperatura, al recuperar el disolvente de la
micela, se obtuvo una fase acuosa la cual contenía los capsaicinoides. Los
resultados de la segunda extracción. A la micela obtenida de la extracción
sólido-líquido, se le sometió a una extracción líquido-líquido con acetato de
etilo; al finalizar la extracción líquido-líquido se separaron dos fases: una fase
acuosa, una orgánica, a la cual se le eliminó el acetato de etilo en un rotavapor
a presión reducida obteniendo finalmente un extracto, con una viscosidad
elevada a la cual se le conoce con el nombre de oleorresina la cual tiene un
alto concentrado de capsaicinoides. Durante el proceso de extracción de
capsaicinoides se cuantificaron en diferentes partes del proceso con la finalidad
de observar la variación de estos en dicho proceso a nivel planta piloto.
Los resultados de la ingeniería básica consistieron en que durante el proceso
de extracción de capsaicinoides se tuvo un promedio de eficiencia de
extracción de capsaicinoides del 80.67%. Se estableció el diagrama de bloques
del proceso para la obtención de dos oleorresinas a partir de un solo chile. Se
llevo a cabo la selección de maquinaria y equipo más adecuados para la
extracción de dos oleorresinas a partir de un mismo chile y se realizó el
diagrama de flujo de proceso para la obtención de dos oleorresinas a partir de
chile de árbol. Con la finalidad de comprobar la eficiencia del proceso se
decidió adicionar una operación que consistió en un pretratamiento de la harina
de chile de árbol (Capsicum annuum) con las enzimas pectinasa, celulasa y
hemicelulasa, en el proceso de extracción de los capsaicinoides.
Demanda o problemática que atiende
Estudiar el proceso de extracción de la capsaicina del chile de árbol para
aumentar su aprovechamiento en las industrias alimentaria y farmacéutica.
Resultados obtenidos y/o descripción. Características de la tecnología
generada
Optimización del proceso utilizando un software (ASPEN PLUS) para lograr el
incremento de los rendimientos de la capsaicinia a nivel planta piloto, la
generación de productos alimenticios y farmacéuticos en donde se aplica la
capsaicina en sus diferentes presentaciones.
Pomadas a tres diferentes concentraciones (0.025%,0.035% y 0.075% P/P) las
cuales son las más usadas para la aplicación de capsaicina en productos
farmacéuticos, pero debido a ciertos factores como lo son la sensibilidad de la
piel. La concentración más recomendada es la más baja de 0.025% para que
su acción sea antiinflamatoria y analgésica y se utilizarían las concentraciones
de más altas para dolores extremos como neuropáticos, entre otros.
Uso de oleorresinas de origen vegetal de alto color y pungencia en la
elaboración de diferentes variedades de quesos (asadero, molido tipo ranchero
y tipo manchego) con la finalidad de darle una aplicación a las oleorresinas
obtenidas del chile de árbol (Capsicum anuum).
Determinaciones de humedad, grasa y contenido de proteínas con el propósito
de verificar posteriormente si cumple con las especificaciones que marca la
NOM NMX-F-092-1970.
Impactos
Con los resultados obtenidos se puede concluir que el tratamiento con cada
una de las enzimas mejoró el rendimiento en la extracción de los
capsaicinoides así como su pureza, con respecto al control negativo; el
tratamiento con pectinasa fue el que más aumentó el rendimiento de extracción
y la pureza de los capsaicinoides en la micela, con respecto al control negativo.
Costos estimados de la aplicación de los resultados y/o tecnología generada
No es posible cuantificar los costos por la aplicación de esta tecnología.
Ámbito de aplicación
Nacional.
Información adicional o comentario
México es el tercer productor de chile verde (Capsicum annuum) en el mundo;
sin embargo, no es competitivo en su producción y comercialización de salsas,
chiles enlatados y oleorresina de Capsicum. La estabilidad fisicoquímica de la
salsa y la eliminación microbiológica está en función del tratamiento térmico y
el uso de conservadores, con la subsiguiente modificación de la apariencia,
color y un sabor intenso a cocido. Una tecnología de vanguardia, que se
considera viable y efectiva para destruir la flora microbiana en las salsas
mexicanas es la de Pulsos Eléctricos de Alta Intensidad de Campo, la cual se
logra a través de almacenar una gran cantidad de energía en un banco de
capacitores (condensadores) o serie de capacitores de un suministro de
energía, que es luego descargado en la forma de pulsos de alto voltaje, lo cual
es un proceso que utiliza más eficientemente la energía comparado con la
pasteurización térmica, particularmente cuando el sistema es usado de forma
continua.
Clave del proyecto: SAGARPA 2005-C01-12545
Sistema Producto y/o línea estratégica de atención: Sistema Producto Chile
Investigador: M. C. SIMEON BAUTISTA PEREZ
Institución: Instituto Tecnológico de Celaya, Guanajuato.