Extenso - Universidad Tecnológica de la Mixteca

EXTRACCIÓN SUPERCRÍTICA DE ÁCIDOS GRASOS DE LARVA DE MOSCA
COMÚN, Musca domestica.
Salazar-Govea Alma Y, Eustaquio-Rincón Rafael, Gordillo-Román Bárbara,
Sánchez-Rubio Manuel.
Presenta: M. C. Alma Yadira Salazar Govea.
Profesor – Investigador
Instituto de Agroindustrias
Universidad Tecnológica de la Mixteca
RESUMEN
La obtención de grasas y aceites para consumo humano (directa e indirectamente) ha
adquirido gran auge debido a los beneficios potenciales que existen en sus propiedades,
aunados a que se encuentran en una variedad extensa de recursos tanto animales como
vegetales.
En el presente trabajo se analiza el contenido de ácidos grasos de larva de mosca común,
Musca domestica. Estos aceites se extrajeron usando dos técnicas: extracción en contacto
directo y extracción con Fluidos Supercríticos (EFS). Se presentan resultados de ambas
técnicas de extracción. La EFS fue controlada a 35 ºC y 60 ºC, ambas a 10, 15 y 20 MPa.
De los resultados obtenidos fue posible establecer la influencia tanto de la presión como de
la temperatura en la extracción de los ácidos grasos contenidos en la larva de mosca.
Palabras clave
Grasas, Fluidos Supercríticos, extracción, mosca doméstica.
INTRODUCCIÓN
La larva de la mosca común, Musca domestica, es un recurso natural abundante en
prácticamente cualquier tipo de clima. El presente trabajo investiga los componentes de sus
grasas, lo cual representa un logro importante al considerarlas como una fuente rica en
ácidos grasos benéficos, así como para una amplia aplicación en productos de consumo,
para el ser humano.
Los métodos de extracción usados para la obtención de grasas y aceites consisten en
técnicas que van desde el prensado mecánico hasta el uso de disolventes orgánicos y por
arrastre de vapor. En las últimas décadas una tecnología que ha adquirido fuerza debido a
su gran poder de extracción es la de fluidos supercríticos.
Las ventajas que ésta última ofrece son, entre otras, que: los disolventes utilizados son
sustancias de bajo peso molecular, los cuales, bajo condiciones supercríticas, tienen un
poder de difusión más alto, además debido a su alta volatilidad, las trazas de disolvente son
removidas con facilidad.
Para las muestras consideradas en este estudio, dadas las condiciones del proceso
supercrítico, no se presenta el fenómeno de desnaturalización del producto extraído, por lo
que se puede emplear directamente al igual que el residuo de extracción, como alimento.
Otra ventaja es que este proceso se puede aplicar también a materias primas con un alto
contenido de aceite sin requerir un prensado previo.
Las alternativas que ofrecen los procesos de extracción supercrítica son: recuperación
fácil y eficiente del disolvente de extracción, mayor pureza de los productos obtenidos,
mayor selectividad y la posibilidad de tomarlos en cuenta en el diseño de nuevos procesos.
En el presente trabajo se muestran los resultados de la extracción de grasas en una fuente
de origen animal tratándose de la larva de la mosca común, Musca domestica. Dicho
recurso fue provisto del criadero de moscas que se encuentra en las instalaciones del
Instituto Tecnológico de Oaxaca (ITO). Se comparan las técnicas de extracción usadas y se
reportan los resultados en cuanto a cantidad y composición del aceite extraído.
Las extracciones en Soxhlet se realizaron haciendo uso de dos disolventes orgánicos,
mientras que las extracciones supercríticas se llevaron a cabo con CO2 debido a las ventajas
que posee sobre los disolventes orgánicos según, McHugh y Krukonis (1986). Los
extractos obtenidos se analizaron usando técnicas cromatográficas-espectroscópicas como
son: Resonancia Magnética Nuclear (RMN), Espectrometría de Masas (MS) y
Cromatografía de gases (GC).
METODOLOGÍA
Un lote de larva de mosca común, Musca domestica, se sometió a un proceso de secado
para retirar la humedad contenida y al mismo tiempo, interrumpir el desarrollo de la mosca
en el periodo larvario, debido a que en el estudio bromatológico realizado por Aquino
(1996), se menciona que la larva de mosca tiene una composición de 35.89% en grasas, lo
cual es de interés para el presente trabajo. Una muestra tomada del lote original se redujo
de tamaño por trituración en un mortero y se homogeneizó en un recipiente cilíndrico
adaptado a un motorreductor, durante un periodo de 24 horas.
La muestra triturada fue utilizada para el proceso de extracción por Soxhlet con dos
disolventes: hexano [CH3(CH2)4CH3] y diclorometano [CH2Cl2]. Para cada extracción se
utilizaron un total de 30 g de muestra triturada y 80 ml de disolvente, cada extracción
muestra-disolvente se hizo por triplicado.
Posteriormente, otra cantidad de muestra del mismo lote se utilizó para la extracción
supercrítica. El equipo experimental de extracción supercrítica se muestra en la Figura 1.
La EFS se llevó a cabo a diferentes condiciones: 35 ºC y 10, 15 y 20 MPa, así como 60 ºC y
10, 15 y 20 MPa. Para todos los casos se utilizó un lote de 30 g de muestra.
FIGURA 1. Diagrama del equipo experimental de extracción supercrítica. Cilindro de
CO2, válvulas para el paso del fluido V1-V7, V9-V11; válvula de seguridad, V8; válvula
micrométrica, V12; manómetros de carátula, M1, M2 y M3; compresor, C; termocompresor,
TC; reóstatos, V1, V2; termómetro digital, T; dedo frío, DF; baño térmico, B; celda de
extracción, CE; celda de recolección, CR; medidor de vía húmeda, MVH y probeta, P.
El disolvente de extracción utilizado fue el dióxido de carbono (CO2), debido a las
propiedades que presenta y que han sido aprovechadas en un gran número de trabajos desde
las pasadas décadas como mencionan Wenclawiak, (1992) y Espinosa (2001). La velocidad
de flujo del disolvente empleado fue de 180 ml/min (± 20 ml), cada 25 L de paso de
disolvente supercrítico, se pesó la celda de recolección.
Las diferentes condiciones P-T que se usaron para EFS sirvieron para determinar las
condiciones óptimas de presión y temperatura a las cuales se logra extraer la mayor
cantidad de aceite en la muestra. Una vez determinadas dichas variables se llevó a cabo una
extracción supercrítica de agotamiento de aceite en la muestra la cual fue controlada con los
mismos parámetros que el resto de las extracciones. Dicha extracción determinó la cantidad
total de aceite de larva de mosca que se puede obtener mediante la EFS.
Con el fin de conocer las características de los aceites, los extractos obtenidos por ambos
métodos fueron sometidos a análisis cromatográficos-espectroscópicos. Cada uno de los
extractos se analizó mediante Resonancia Magnética Nuclear (RMN) 1H y 13C, debido a
que la espectroscopía RMN es una de las herramientas más poderosas para elucidar la
estructura de especies orgánicas e inorgánicas de acuerdo a Nathan, (1993).
Además, para definir los componentes que constituyen a los aceites, se recurrió al uso de
un espectrómetro de masas acoplado a un cromatógrafo de gases (GC-MS) esto por las
ventajas que en el análisis de muestras presentan dichas técnicas acopladas y que son
mencionadas por Hemming, (1996), para lo cuál primeramente se “preparó” la muestra.
Dicha preparación consiste en una reacción de trans-esterificación, ya que, como menciona
Gunstone, (1999), los ésteres de glicerol o fosfolípidos son generalmente convertidos a
metil ésteres y entonces sometidos a cromatografía de gases. Lo anterior con la finalidad de
romper la estructura de la molécula de triglicérido contenida en la muestra ya que esto
facilita el análisis mediante GC-MS. La reacción de transesterificación se llevó a cabo
mediante catálisis ácida utilizando metanol (CH3OH) como reactante y disolvente, según el
método mencionado por Lotero et al., (2005).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Extracción Soxhlet
La extracción Soxhlet se basa en la temperatura de ebullicíon del disolvente empleado
para la extracción, para todos los casos reportados en este trabajo, la temperatura empleada
fue de 80 ºC. A pesar de los diferentes disolventes utilizados en extracción Soxhlet, la
cantidad de extracto obtenido no fue significativamente diferente según el estadístico de
prueba de la distribución F con un nivel de significancia, α = 0.05. Esto ultimo en forma
cuantitativa, ya que cada uno de los disolventes extrajo cualitativamente los componentes
en cada extracto de acuerdo a su polaridad. Las cantidades de extracto de larva de mosca
común, Musca domestica, obtenidos con extracción Soxhlet se muestran en la Tabla 1. En
la Figura 2 se observan las cantidades de extracto obtenidas para cada disolvente en
extracción Soxhlet así como la repetibilidad del proceso de extracción para cada caso.
El extracto obtenido con Soxhlet permite establecer la cantidad total de aceite extraíble
en la larva de mosca, cada muestra se sometió a un total de tres extracciones para lograr
agotar el aceite contenido en cada muestra. El contenido de ácidos grasos de esta muestra es
de 25.3 %, obtenido al promediar los extractos obtenidos con los tres diferentes disolventes.
TABLA 1. Resultados de la extracción Soxhlet
(% en peso)
HX
DM
E1
23.83
25.70
E2
25.00
26.90
E3
27.00
25.73
Donde: HX = hexano; DM = diclorometano;
E1 = E2 = E3 = extracción 1, 2 y 3, respectivamente.
FIGURA 2. Resultados de extracción Soxhlet
Aceite extraído de larva de mosca
EXTRACCIÓN CONVENCIONAL
extracto (% en peso)
30.00
28.00
E1
E2
26.00
E3
24.00
22.00
HX
DM
Disolvente de extracción
Donde: HX es hexano; DM es diclorometano; PE es percloroetileno; E1, E2 y E3 son extracción 1, 2 y 3, respectivamente.
Extracción Supercrítica
Efecto de temperatura y Presión. Con el fin de establecer claramente el efecto tanto de la
temperatura como de la presión sobre la extracción de los ácidos grasos de la larva de
mosca mediante el empleo de CO2 supercrítico, se llevó a cabo un estudio sistemático en el
intervalo de 10 a 20 MPa a 35 y 60 °C, empleando un volumen constante de 100 litros de
CO2. Las cantidades de extracto mostradas en la Tabla 2 fueron sometidas a un análisis de
varianza (ANOVA), el cual indicó que estas cantidades varían significativamente con P y
T, lo cual se sustenta con los trabajos reportados mencionados aquí.
TABLA 2. Resultados de extracción con CO2 supercrítico empleando 30 g de muestra.
(% en peso)
35 °C
60 °C
10 MPa
15 MPa
20 MPa
10 MPa
15 MPa
20 MPa
E1
0.28
1.07
1.61
0.13
0.43
0.84
E2
0.25
1.05
1.59
0.17
0.46
1.02
E1y E2 son extracción 1, y 2, respectivamente.
Los resultados de la EFS se muestran en las figuras 3 y 4, se puede observar, tal y como
se ha demostrado en una gran cantidad de trabajos reportados: Chrastil, (1982); Zou et al,
(1990); Nilsson et al, (1991); Maheshwari et al, (1992); Nik et al, (2004); Westerman et al,
(2006), Zaidul et al (2006); entre otros, la dependencia del comportamiento de extracción
con respecto a la presión (P) y temperatura (T).
FIGURA 3. Extracto obtenido por EFS a 35 ºC.
Aceite extraído de larva de mosca
extracto (% en peso)
35ºC, 30 g m uestra
1.60
10 MPa-E1
1.20
15 MPa-E1
20 MPa-E1
0.80
10 MPa-E2
15 MPa-E2
0.40
20 MPa-E2
0.00
0
25
50
75
100
L CO2
La extracción para cada conjunto de parámetros P y T se llevó a cabo por duplicado,
teniendo una buena repetibilidad del proceso (ver Figura 5). Además se observa, a una
misma temperatura que, al incrementar P, la cantidad de extracto obtenido aumenta.
Asimismo, como se puede observar en las figuras 6-8, a una misma P, la cantidad de
extracto varia con la T, al incrementar la T la cantidad de extracto obtenido disminuye. El
mismo comportamiento se observa para todos los casos.
FIGURA 4. Extracto obtenido por EFS a 60ºC.
Aceite extraído de larva de mosca
30 g de m uestra, 60 °C
extracto (% en peso)
1.25
1.00
10 MPa-E1
15 MPa-E1
0.75
20 MPa-E1
10 MPa-E2
0.50
15 MPa-E2
20 MPa-E2
0.25
0.00
0
25
50
75
100
L CO2
De estos resultados es posible establecer que las condiciones óptimas para la extracción
de ácidos grasos de la larva de mosca es de 35ºC y 20 Mpa.
Hasta aquí, los datos reportados se han enfocado únicamente al aspecto cuantitativo del
proceso de extracción, la Tabla 4 muestra los componentes encontrados tanto en los
extractos obtenidos mediante extracción Soxhlet, como en EFS. Los resultados
corresponden a los análisis realizados mediante la técnica de GC-MS.
De acuerdo a los resultados expresados en la Tabla 3, los ácidos grasos se encontraron
presentes en mayor cantidad en los extractos con Soxhlet, sin embargo también se hallaron
en los extractos obtenidos por EFS, principalmente a 35ºC en todas las presiones
observadas. En la extracción Soxhlet el disolvente con el que se obtuvo una mayor cantidad
de ácidos grasos fue el hexano debido a su naturaleza no polar, la composición de los
extractos obtenidos por EFS que más se asemeja a los datos obtenidos con hexano, es la
que se da a 35ºC y 10 MPa, sin embargo las demás combinaciones P-T muestran una muy
buena aproximación a los valores hallados en extracción Soxhlet.
Los ácidos grasos encontrados en los extractos tanto por Soxhlet como EFS son
principalmente ácidos grasos saturados, como C14:0 ácido mirístico, C16:0 ácido palmítico
y C18:0 ácido esteárico los cuales son usados para una gran variedad de productos
cosméticos y de higiene. Asimismo se encontraron dos ácidos grasos monoinsaturados,
C16:1 (9) palmitoleico y C18:1 (9) oleico los cuales son de importancia para la
alimentación tanto de animales como de los seres humanos.
TABLA 3. Composición de ácidos grasos (%) de la larva de mosca común, Musca
domestica, en Soxhlet y EFS con CO2-SC a las condiciones de P y T indicadas.
Ácido
graso
Extracción
convencional
EFS 10 Mpa
EFS 15 Mpa
EFS 20 Mpa
HX
DM
35ºC
60ºC
35ºC
60ºC
35ºC
60ºC
C14:0
3.43
4.59
6.20
-
-
-
5.38
6.58
C16:1 (9)
24.36
17.97
16.68
-
16.83
-
18.18
15.41
C16:0
22.07
36.40
37.26
-
33.76
-
17.21
16.04
C18:1 (9)
34.41
27.95
18.23
-
30.20
-
26.56
19.40
C18:0
15.72
13.09
13.10
-
12.15
-
11.16
7.57
OTROS
0.01
0.00
8.53
-
7.51
-
21.51
35.00
“OTROS” indica que en la muestra se encontraron presentes ácidos grasos diferentes a los mencionados o bien,
los componentes no fueron identificados por el equipo. A la temperatura de 60 °C tanto a 10 como a 15 MPa no
se pudieron llevar a cabo los análisis del extracto por problemas con la muestra.
Se puede observar también que las cantidades en % de abundancia de cada ácido graso
no son significativamente diferentes para cada técnica de extracción pero sí lo son al
comparar las dos técnicas empleadas, esto último coincide con el análisis de varianza
realizado para cada grupo de extractos, haciendo uso del estadístico F con un α = 0.05.
Corrida de agotamiento. De esta manera se llevó a cabo la corrida de agotamiento
mediante EFS a las condiciones óptimas, los resultados obtenidos se muestran en la
siguiente tabla.
Tabla 4. Resultados EFS de agotamiento, a 35ºC y 20 MPa
Extracto
0,5123 1,2237 1,8311 2,3 2,7833 3,1722 3,4210 3,5947 3,7040 3,7102
(g)
L
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
CO2
%
1.70
4.07
6.09 7.55 9.25 10.54 11.37 11.95 12.31 12.33
extracto
Asimismo, podemos observar en la figura 9, el comportamiento de la extracción de
agotamiento, después de los 900 L de CO2-SC se observa que la cantidad de extracto no
varía en forma significativa.
Figura 9. Corrida de agotamiento de EFS de aceites de larva de mosca común,
Musca domestica.
EFS AGOTAMIENTO
35°C- 20 MPa, 30 g muestra
14,00
extracto (% en peso)
12,00
10,00
8,00
6,00
4,00
2,00
0,00
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
Litros de CO2-SC
Definiendo el rendimiento del extracto como la razón entre los ácidos grasos extraídos y
extraíbles por 100 se tiene que el rendimiento con CO2 supercrítico es de 48.5%. Lo que
está en concordancia con lo establecido por Wenclawiak, (1992), entre otros, respecto a que
la solubilidad de una sustancia en un disolvente supercrítico es en general menor que en los
líquidos convencionales. Sin embargo, este inconveniente tiene su compensación en el
hecho de que, cuando se emplean FSC, la separación de soluto y disolvente se logra
eficientemente mediante un simple proceso de expansión, evitando el aumento de la
temperatura para eliminar el disolvente por evaporación, como sucede con los disolventes
tradicionales.
Incluso, aunque el dióxido de carbono extrae preferentemente compuestos no polares,
puede exhibir un momento dipolo inducido, el cual incrementa la extracción de solutos
moderadamente polares dentro de la fase fluida. En general, CO2-SC, es un excelente
disolvente para la extracción de solutos lipofílicos de una gran variedad de muestras.
CONCLUSIONES
En este trabajo se demuestra que la extracción de ácidos grasos de la larva de mosca es
posible mediante el empleo de CO2 supercrítico. Las condiciones óptimas para llevar a cabo
dicha extracción, en el intervalo estudiado, son de 20 MPa y 35 °C.
El rendimiento que se puede lograr en la recuperación de los ácidos grasos, con respecto
a la extracción soxhlet, es de aproximadamente 50 %.
Los ácidos grasos que se encuentran principalmente en la larva de mosca son: ácido
mirístico, ácido palmítico, ácido esteárico, ácido palmitoleico y ácido oleico.
TRABAJO FUTURO
1. Modificación en el equipo experimental de extracción supercrítica mediante la
introducción de un sistema de recirculación del disolvente de extracción, el cual se
recuperaría después de pasar por el medidor de vía húmeda y, una vez igualado a las
condiciones P-T se introduciría nuevamente al sistema.
2. Asimismo la EFS se puede llevar a cabo con el uso de otro disolvente de extracción, el
cuál asegure un resultado mayor en cuanto al porcentaje de extracto obtenido. Dicho
disolvente puede ser el etanol, sin embargo ello implicaría una modificación mayor en
el equipo de extracción debido a que se trata de un disolvente flamable y las
condiciones de operación serían diferentes.
3. La introducción de un co-solvente supercrítico ayudaría también a incrementar la
cantidad de extracto obtenido sin la necesidad de modificar el equipo de extracción
supercrítico utilizado aquí.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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