Extracción de compuestos valiosos por fluidos supercríticos

Sistemas de Aprovechamiento de Residuos
Sistemas de extracción supercrítica de
compuestos valiosos (CV – vitaminas) a partir
de residuos
ASIGNACIÓN 01

Extracción supercrítica
Objetivos
Stiven Loaiza Castro
General:
Establecer generalidades acerca de la extracción supercrítica con
el fin de recuperar compuesto valiosos (CV – vitaminas) a partir
de residuos
Específicos:
1. Entender la fundamentación respecto a la extracción
supercrítica.
2. Comprender la funcionalidad de los fluidos supercríticos.
3. Importancia de los compuestos valiosos en el mercado, a partir
de residuos.

Contenido
Introducción
• Definiciones básicas alrededor de la extracción supercrítica.
• Tipos de compuestos valiosos.
• Extracción supercrítica.
• Ventajas y desventajas de la extracción supercrítica.
Residuos y los compuestos valiosos
• Residuos empleados para la extracción de compuestos valiosos.
• Características de los productos.
Aprovechamiento
• Clasificación/Tipos de extracción supercrítica.
• Equipos y sus características.
• Condiciones de operación en la extracción supercrítica.
• Variables que afectan el proceso de extracción supercrítica de CV.
• Casos de estudio.

Introducción
Figura 1. Residuos agroindustriales.
Tomado de:
http://www.revista.unam.mx/vol.15/num12/art
95/img/img0.jpg
En la actualidad el desarrollo de la industria conlleva a
la producción de residuos y, por consiguiente, a
implementar y perfeccionar nuevas técnicas o métodos
para un mejor aprovechamiento. En el proceso de los
alimentos, además del producto deseado, se generan
subproductos, residuos y productos fuera de norma
(Méndez, 1995), cada uno de los cuales puede servir
para consumo humano o animal y aplicación
industrial, lo que traería beneficios económicos.
Debido a las exigencias crecientes del mercado, la
transformación de los productos agrícolas se ha
convertido en parte importante de los procesos
industriales dentro de muchas empresas. Dichos
procesos ocasionan de forma ineludible residuos
causantes de contaminación ambiental en aguas,
suelos y atmósfera, que además ponen en peligro la
salud humana y el nicho ecológico de muchas especies
animales y vegetales.

Introducción
Figura 2. Desperdicios y residuos vegetales.
Tomado de: https://hablandoenvidrio.com/reciclar-residuos-organicos/
Según Herrera y Marín (2018), se registran cerca de 1.300 millones de toneladas de pérdidas y
desperdicios alimentarios y para el contexto colombiano, se estima que se desaprovechan alrededor
de 6,1 millones de toneladas de frutas y verduras al año.
Es necesario garantizar la correcta disposición de este tipo de residuos los cuales incluyen pulpa,
raíces, semillas, cáscaras y hojas.

Definiciones básicas
Figura 3. Equipo de extracción supercrítica.
Tomado de: https://www.redalyc.org/journal/4419/441960176010/2007-7858-
cuat-13-02-128-gf1.png
Esta técnica utiliza dióxido de carbono al someterlo a cierta temperatura
y presión para que se convierta en un fluido supercrítico, es decir por
encima de su punto crítico termodinámico, adquiriendo la propiedad de
difundirse a través de los sólidos como un gas y de disolver los
materiales como un líquido
Figura 4. Variación de la densidad en función
de la presión y temperatura en las cercanías
del punto crítico. PR, TR y Ρr son las
variables reducidas (PR=P/PC, TR=T/TC y
ρR=ρ/ρC) (Mendiola, 2008)..

Un fluido supercrítico (FSC), es cualquier sustancia
que se encuentre en condiciones de presión y
temperatura superiores a las de su punto crítico. En
estas condiciones el fluido adquiere propiedades
particulares que le permiten disolver materiales como
un líquido y difundirse como un gas.
Fluido supercrítico
Figura 5. Diagrama de fases
sólido/líquido/gas. PT: punto triple, PC: punto
crítico, Pc: presión crítica, Tc: temperatura
crítica (Mendiola, 2008)
Tabla 1. Condiciones criticas para diferentes compuestos químicos (Velasco et al.,
2007).

Los compuestos valiosos hacen
alusión a los compuestos que en su
mayoría son de interés para la
industria farmacéutica.
Dado que la industria de
procesamiento de frutas en Colombia
genera importantes cantidades de
residuos no comestibles, estos
pueden, potencialmente, ser una
fuente importante para la extracción
de compuestos valiosos (Figura 6).
Compuesto valioso
Figura 6. Esquema del Mango con sus
componentes principales.
Tomado de: https://frutasyverduras.info/wp-
content/uploads/2018/08/mango-beneficios-1.jpg

El proceso de extracción por fluidos
supercríticos consta básicamente de 4 etapas
(Kiran, 2012; Brunner, 2013)
1. Presurización: Se eleva la presión, por
encima de la presión critica de la sustancia a
emplear como solvente.
2. Ajuste de temperatura: Se eleva o disminuye
la temperatura, por cualquier medio físico o
mecánico, para llevar el solvente a la
temperatura adecuada de extracción (por
encima de su temperatura crítica).
3. Extracción: El fluido supercrítico entra en
contacto con la muestra que contiene el soluto
de interés en el extractor.
4. Separación: El solvente se descomprime a
una presión inferior a la crítica, lo que provoca
que se libere del soluto.
Figura 7. Extracción por fluidos supercríticos.
Tomado de: http://www.ucm.es/data/cont/docs/1334-2017-03-
06-tec_lcalvo2_1.jpg

Los compuestos valiosos que se pueden
obtener de los residuos, depende de la
matriz a trabajar durante el proceso
extractivo, pero en términos generales los
compuestos valiosos son:
 Compuestos fenólicos
 Carotenoides
 Flavonoides
 Vitaminas
 Antioxidantes
 Enzimas
 Antocianinas
Tipos de Compuestos Valiosos
Figura 8. Isómeros de los tocoles (Márquez-
Cardozo et al., 2021).

Ventajas y desventajas de la extracción supercrítica
Fuente: Elaboración propia.
Tabla 2. Ventajas y desventajas de la extracción supercrítica.
Método de extracción Ventajas Desventajas
Sistemas de extracción supercrítica
- Debido a su baja viscosidad y alta
difusividad, el fluido supercrítico puede
penetrar dentro de un sólido poroso con mayor
facilidad, lo que resulta en una extracción
más rápida.
- La disolución del fluido supercrítico es
controlado en función de la presión y/o
temperatura.
- En la extracción supercrítica se hace pasar
fluido fresco a través de la muestra
continuamente.
- Los fluidos supercríticos son fácilmente
recuperados del extracto mediante
despresurización.
- Los compuestos termolábiles pueden ser
extraídos sin daño alguno debido a las bajas
temperaturas empleadas.
- La extracción supercrítica utiliza disolventes
no hostiles con el medio ambiente.
- El fluido supercrítico puede ser reciclado o
reusado, minimizando la generación de
desperdicios.
- Debido a la naturaleza del proceso se requieren
presiones elevadas para llevar a cabo la
extracción.
- Alto costo debido a la inversión para el equipo y
mantenimiento.
- La compresión del solvente requiere medidas
elaboradas de recirculación para reducir los costos
energéticos.
- El uso de modificares puede alterar la polaridad
del CO2, pero pueden quedar en el extracto
necesitando un proceso de separación posterior.

Residuos y su aprovechamiento
Según la literatura, algunos compuestos funcionales (fenólicos, carotenoides, flavonoides, vitaminas, antioxidantes,
enzimas y antocianinas, entre otros) podrían encontrarse en la parte comestible de las frutas, y también en sus residuos.
Para ello, se toma un estudio realizado en el IBA, con el fin de la extracción de compuestos valiosos con fluidos
supercríticos (cualquier fluido sometido a temperaturas extremas) a partir de cáscaras, semillas y bagazos de la mora y
el aguacate.
Residuos Empleados para la Extracción de Compuestos Valiosos
La mora tiene una buena oferta de compuestos fenólicos
y extractos con capacidad antioxidante, así como una
fuente de antocianinas, para las que existe aplicaciones
en la medicina, específicamente en la prevención del
cáncer.
En el caso del aguacate, (variedad Hass) fueron
utilizadas la cáscara y pepa (semilla), de las cuales se
extrajeron flavonoides, terpenoides, esteroides,
saponinas y taninos. También, ambos residuos serían
esenciales en la producción de extractos con capacidad
antioxidante.
Figura 9. Residuos de aguacate.
Tomado de: https://www.lacapital.com.mx/files/news/2018-
03-15-163118aguacate.JPG

Residuos y su aprovechamiento
La Extracción supercrítica es una técnica muy usada en los procesos industriales de extracción desde
hace varias décadas, especialmente en la industria agroalimentaria (49%), como se puede observar en la
Figura 10. También es ampliamente usada en el sector químico (27%) y el farmacéutico (20%).
Características de los Productos
Figura 10. Porcentajes del uso de la EFS en los
distintos sectores industriales (Mendiola, 2008).
 Extracción de lípidos.
 Extracción de antioxidantes naturales.
 Extracción de alcaloides, aromas y especias.

Aprovechamiento
 Forma estática
En la forma estática, la celda o cilindro de
extracción es presurizado manteniendo
cerrada la válvula de salida del extractor.
Finalizada la extracción la válvula es
abierta, permitiendo el paso del fluido con
los compuestos extraídos al sistema de
colección (García, 1995; Brunner, 2013).
 Forma dinámica
En la forma dinámica el fluido en estado
supercrítico se deja fluir de manera
continua por el cilindro de extracción,
manteniendo las válvulas de entrada y
salida del cilindro extractor abiertas
durante el tiempo de extracción (García,
1995; Brunner, 2013).
Clasificación/Tipos de Extracción Supercrítica
Figura 11. Extracción por fluidos
supercríticos.
Tomado de: http://www.ucm.es/data/cont/docs/1334-2017-03-
06-tec_lcalvo2_1.jpg

Aprovechamiento
Equipos y características
Figura 12. Proceso de extracción de Tocoles para las semillas de Achiote.
Fuente: Elaboración propia.

Aprovechamiento
Condiciones de Operación en la Extracción Supercrítica
Tabla 3. Aceites y lípidos extraídos con CO2 supercrítico (Velasco et al.,
2007).
Tabla 4. Antioxidantes naturales extraídos con CO2 supercrítico
(Velasco et al., 2007).

Aprovechamiento
Condiciones de Operación en la Extracción Supercrítica
Tabla 5. Alcaloides, aromas y especias extraídos con CO2 supercrítico (Velasco et al., 2007).

Aprovechamiento
Variables que afectan el proceso de extracción supercrítica de CV
Las principales variables a tener en cuenta son: densidad del
fluido (Presión y temperatura), tipo de extracción (Dinámica o
estática), volumen y velocidad de flujo del disolvente o tiempo de
extracción, modificador (tipo y forma de adición), características
de la muestra (tamaño de partícula, grado de humedad, entre
otros), tipo de restrictor y sistema de colección (tipo y volumen
de disolvente o material absorbente y disolvente de elución,
temperatura, entre otros) (García, 1995; Kiran, 2012; Brunner
2013; Reglero et al., 2005; Conde y Guerrero, 2009).
Figura 13. Diagrama de fases de una
sustancia pura (Mendiola, 2008).

Aprovechamiento
Variables que afectan el proceso de extracción supercrítica
de Compuestos valiosos
 Influencia de la temperatura
A una presión constante, la densidad del CO2
disminuye cuando la temperatura aumenta. Este
efecto es más pronunciado a medida que aumenta
la compresibilidad,
 Influencia de un modificador
La baja polaridad del CO2 limita su uso a la
extracción de solutos relativamente apolar, o
moderadamente polares. Por lo tanto, se agrega
una pequeña cantidad de un disolvente orgánico
polar (metanol, acetonitrilo, agua, etc.), llamado
"Modificador", al fluido supercrítico para la
extracción de solutos más polares.(García, 1995;
Brunner, 2013). Figura 14. Solubilidad de aceite de palma en
CO2 en función de la presión. (●) sin modificador
y (○) con 10% de etanol (Bharath et al., 1992)

Aprovechamiento
Variables que afectan el proceso de extracción supercrítica
de Compuestos valiosos
 Influencia de la presión
La presión del fluido es el parámetro principal que
influye en la recuperación de la extracción. Una
elevación de esta presión a una temperatura dada da
como resultado un aumento en la densidad del fluido
(García, 1995; Brunner, 2013).
 Influencia de la velocidad de flujo
La velocidad del fluido supercrítico que fluye a través
de la célula tiene una gran influencia en la eficiencia
de la extracción. Cuanto más lenta es la velocidad del
fluido, más profundamente penetra en la matriz.
 Influencia de la naturaleza de la matriz
Factores como el tamaño de partícula, forma, área superficial,
porosidad, humedad, nivel de solutos extraíbles y la naturaleza
de la matriz afectarán a los resultados analíticos.
Figura 15. Diagrama de densidad en función de
la temperatura y la presión (Camel et al., 1993)

Casos de estudio
Sistemas de aprovechamiento de residuos Stiven Loaiza Castro.
Los autores Sarmento et al. (2006) presentan en su artículo
el uso de la ruta de obtención de Aceite de salvado de arroz
rico en tocotrienoles y tocoferoles por medio de una extracción
supercrítica utilizando CO2 como fluido supercrítico, a
diferentes condiciones de presión y temperatura.
Figura 16. Esquema del extractor supercritico.
Fuente: Supercritical fluid extraction (SFE) of rice bran
oil to obtain fractions enriched with tocopherols and
tocotrienols . Sarmento et al., 2006.
1

Casos de estudio
Los resultados del trabajo fomentan el uso de CO2 como fluido supercrítico para la obtención de aceite de
salvado de arroz rico en tocoles mediante la técnicaa de extracción supercrítica.
1
Figura 17. Masa de tocoles determinado mediante HLPC
Fuente: Supercritical fluid extraction (SFE) of rice bran oil to obtain fractions enriched with tocopherols
and tocotrienols . Sarmento et al., 2006.
Resultados

Casos de estudio
Los autores Moyses N et al. (2014) presentan en su artículo
el uso de la ruta de obtención de Tocotrienoles a partir de las
semillas de Achiote por medio de una extracción supercrítica
utilizando CO2 como fluido supercrítico y tanques de
extracción en serie, a diferentes condiciones de presión y
temperatura.
Figura 18. Modelo representativo de una operación
pseudocontinua con seis extractores; tiempo 2 > tiempo
1..
Fuente: Extraction of tocotrienols from annatto seeds
by a pseudocontinuously operated SFE process
integrated with low-pressuresolvent extraction for
bixin production. Moyses N et al. (2014) .
2

Casos de estudio
Los resultados mostrados en este estudio nos permiten concluir que es posible obtener aceite rico en tocotrienol
a partir de semillas de achiote mediante SFE-CO2 pseudocontinuo utilizando el proceso propuesto y el criterio
adecuado para el escalado.
2
Figura 19. Cinética de extracción del aceite rico en tocotrienoles realizada de forma pseudocontinua() con
cuatro etapas y en operación por lotes para E-1 () y E-2 ().
Fuente: Extraction of tocotrienols from annatto seeds by a pseudocontinuously operated SFE process
integrated with low-pressuresolvent extraction for bixin production. Moyses N et al. (2014) .
Resultados

Conclusiones
Sistemas de aprovechamiento de residuos
 La extracción con fluidos supercríticos es una técnica muy útil
como método de separación y preconcentración de analitos en
muestras complejas, además de la recuperación de compuestos
valiosos (CV – vitaminas), como lo son los Tocoles.
 Presenta condiciones muy favorables desde el punto de vista
medioambiental, satisfaciendo la postura de la “química
verde”.
 La facilidad con la que pueden modificarse estos fluidos
posibilita la optimización de las condiciones para que el
proceso de separación cumpla las especificaciones deseadas.
 La extracción con fluidos supercríticos es una técnica cada vez
más usada, tanto en aplicaciones farmacéuticas como en
aplicaciones agroalimentarias o en toxicología.

Referencias Bibliográficas
Bharath R, Inomata H, Adschiri T, Arai K. Phase Equilibrium Study for the Separation and Fractination of Fatty Oil Components
using Supercritical Carbon Dioxide. Fluid Phase Equilibria. 1992; 81: 307-320.
Bhimanagouda P, Brodbelt J, Miller E, Turner N. Potential Health Benefits of Citrus: An Overview. American Chemical Society. 2009;
936: 1-16.
Byrappa K, Ohara S, Adschiri T. Nanoparticles synthesis using supercritical fluid technology towards biomedical applications.
Advanced drug delivery reviews. 2008; 60 (3): 299-327.
Camel V, Tambuté A, Caude M. Analytical-scale supercritical fluid extraction: a promising technique for the determination of
pollutants in environmental matrices. Journal of Chromatography. 1993; 642 (1): 263-281.
Chafer A, Pascual-Martí M.C, Salvador A, Berna A. Supercritical fluid extraction and HPLC determination of relevant polyphenolic
compounds in grape skin. Journal of Separation Science. 2005; 28 (16): 2050-2056.
Fernández Hernando P, Martin-Esteban A, Pérez-Conde C, Vidal M, Cámara C. Toma y tratamiento de muestras.1ª ed. Madrid:
Síntesis; 2004.
Fidalgo-Used N, Blanco-Gonzalez E, Sanz-Medel A. Sample handling strategies for the determination of persistent trace organic
contaminants from biota samples. Analytica Chimica Acta. 2007; 590 (1): 1-16.

Letourneau J.J, Vigneau S, Gonus P, Fages J. Micronized cocoa butter particles produced by a supercritical process. Chemical Engineering and
Processing. 2005; 44 (2): 201-207.
Leyendecker D, Leyendecker D, Schmitz F, Lorenschat B, Klesper E. Supercritical Fluid Chromatography using mixtures of carbon dioxide or
ethane with 1,4-dioxane as eluents. Journal of Chromatography A. 1987; 398: 105-123.
Luque de Castro M.D, Valcárcel M, Tena M.T. Extracción con fluidos supercríticos en el proceso analítico. España: Reverté; 1993.
Márquez-Cardozo, C. J., Molina-Hernández, D., Caballero-Gutiérrez, B. L., Ciro-Velásquez, H. J., Restrepo-Molina, D. A., & Correa-Londoño, G.
(2021). Physical, physiological, physicochemical and nutritional characterization of pumpkin (Cucurbita maxima) in postharvest stage cultivated
in Antioquia-Colombia. Revista Facultad Nacional de Agronomía Medellín, 74(3), 9735-9744. http://www.scielo.org.co/scielo.php?pid=S0304-
28472021000309735&script=sci_arttext&tlng=en
McAvoy Y, Backstrom B, Janhunen K, Stewart A, Cole M.D. Supercritical fluid chromatography in forensic science: a critical appraisal. Forensic
Science International. 1999; 99(2): 107-122.
Mendiola J.A. Extracción de compuestos bioactivos de microalgas mediante fluidos supercríticos. (Tesis doctoral). Universidad autónoma de
Madrid. 2008.
Molnar P, Thorey P, Bansaghi G, Szekely E, Poppe L, Tomin A, Kemeny S, Fogassy E, Simandi B. Resolution of racemic trans-1, 2 cyclohexanediol
with tartaric acid. Tetrahedron: Asymmetry. 2008; 19 (13):1587-1592

Ozge Guney A.A. Synthesis of controlled-release products in supercritical medium. AIChE Journal. 2002; 48 (4): 856-866.
Pasquali I, Bettini R, Giordano F. Solid-state chemistry and particle engineering with supercritical fluids in pharmaceutics. European Journal of
Pharmaceutical Sciences. 2006; 27 (4): 299-310.
Pasquali I, Bettini R. Are pharmaceutics really going supercritical?. International journal of pharmaceutics. 2008; 364(2):176-187
Reverchon E, Antonacci A. Polymer microparticles production by supercritical assisted atomization. Journal of Supercritical Fluids. 2007; 39(3):
444-452.
Tilly K, Chaplin R, Foster N. Supercritical fluid extraction of the triglycerides present in vegetable oils. Separation Science and Tecnology. 1990;
25 (4): 357-367.
Tservistas M, Levy M. S, Lo-Yim M. Y, O’Kennedy R. D, York P, Humphrey G. O, Hoare M. The formation of plasmid DNA loaded pharmaceutical
powders using supercritical fluid technology. Biotechnol. Bioeng. 2000; 72 (1), 12–18.
Turner C, King J.W, Mathiasson L. Supercritical fluid extraction and chromatography for fatsoluble vitamin analysis (Review). Journal of
Chromatography A. 2001; 936: 215-237.
Valcárcel M. principios de quimica analítica.1ª ed. Barcelona: Springer-Verlag Iberica S.A. 1999.

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