yo

1. Br. LerayneBr. Lerayne
MárquezMárquez
Tutor: Prof. Luis V.Tutor: Prof. Luis V.
García B.García B.
EXTRACCIÓN DEL ACEITE ESENCIAL DEEXTRACCIÓN DEL ACEITE ESENCIAL DE
MANDARINA (MANDARINA (CITRUS RETICULATA)CITRUS RETICULATA)
UTILIZANDO DIÓXIDO DE CARBONO ENUTILIZANDO DIÓXIDO DE CARBONO EN
CONDICIÓN SUPERCRÍTICACONDICIÓN SUPERCRÍTICA
COMO SOLVENTECOMO SOLVENTE

2. 1. Planteamiento del1. Planteamiento del
problema.problema.
2. Objetivos.2. Objetivos.
3. Marco Teórico.3. Marco Teórico.
4. Antecedentes.4. Antecedentes.
5. Descripción del Equipo.5. Descripción del Equipo.
6. Procedimiento6. Procedimiento
Experimental.Experimental.
7. Metodología.7. Metodología.
ContenidoContenido

3. Planteamiento delPlanteamiento del
problema.problema.
Necesidad de nuevos procesos que minimicenNecesidad de nuevos procesos que minimicen
los costos asociados a la extracción delos costos asociados a la extracción de
aceites esenciales y esencias surge laaceites esenciales y esencias surge la
Extracción Supercrítica (ESC).Extracción Supercrítica (ESC).
Uso de solventes eficaces y fácilmenteUso de solventes eficaces y fácilmente
recuperables.recuperables.
Incremento de la demanda de aceitesIncremento de la demanda de aceites
esenciales, debido a sus propiedadesesenciales, debido a sus propiedades
saborizantes, odorizantes, medicinales ysaborizantes, odorizantes, medicinales y
terapéuticas para la elaboración deterapéuticas para la elaboración de
productos de consumo humano.productos de consumo humano.

4. Investigaciones anteriores han demostrado lasInvestigaciones anteriores han demostrado las
bondades de la ESC empleando CObondades de la ESC empleando CO22 comocomo
solvente.solvente.
El aceite esencial de mandarina es obtenido de laEl aceite esencial de mandarina es obtenido de la
concha, esto permite incrementar el valorconcha, esto permite incrementar el valor
agregado de la materia celulosa, debido a queagregado de la materia celulosa, debido a que
éstas comúnmente son desechadas.éstas comúnmente son desechadas.
Caracterizar la operación en términos de presión,Caracterizar la operación en términos de presión,
temperatura, calidad y rendimiento.temperatura, calidad y rendimiento.
Obtener datos operacionales que permitan elObtener datos operacionales que permitan el
posterior escalamiento de una planta pilotoposterior escalamiento de una planta piloto
versátil para autogestión e investigación.versátil para autogestión e investigación.

5. Objetivos.Objetivos.
General:General:
Realizar el estudio de la extracción delRealizar el estudio de la extracción del
aceite esencial de mandarina (citrusaceite esencial de mandarina (citrus
reticulata) con dióxido de carbonoreticulata) con dióxido de carbono
(CO(CO22) en condiciones supercríticas) en condiciones supercríticas
como solvente.como solvente.

6. 1. Realizar el montaje y puesta a punto de una1. Realizar el montaje y puesta a punto de una
planta piloto para la extracción del aceite esencialplanta piloto para la extracción del aceite esencial
de mandarina con COde mandarina con CO22 supercrítico.supercrítico.
2. Acondicionar las cáscaras de mandarina para la2. Acondicionar las cáscaras de mandarina para la
extracción.extracción.
3. Determinar las condiciones óptimas de Presión y3. Determinar las condiciones óptimas de Presión y
Temperatura para el COTemperatura para el CO22..
Específicos:Específicos:

7. 4.4. Variación del rendimiento del aceite esencial deVariación del rendimiento del aceite esencial de
mandarina respecto a las condiciones de Presiónmandarina respecto a las condiciones de Presión
y Temperatura del COy Temperatura del CO22..
5. Identificar los componentes del aceite5. Identificar los componentes del aceite
esencial de mandarina usandoesencial de mandarina usando
eesspectrometría de masa.pectrometría de masa.
6. Variación de composición frente a los6. Variación de composición frente a los
cambios de P y T del COcambios de P y T del CO22..
7. Rendimiento de la operación de extracción.7. Rendimiento de la operación de extracción.

8. Marco Teórico.Marco Teórico.
1. Mandarinas.1. Mandarinas.
2. Aceites Esenciales.2. Aceites Esenciales.
3. Parámetros de Calidad .3. Parámetros de Calidad .
4. Métodos Tradicionales de4. Métodos Tradicionales de
Extracción.Extracción.
5. Extracción Supercrítica5. Extracción Supercrítica
6. Aplicaciones.6. Aplicaciones.

9. Mandarinas.Mandarinas.
Familia de las rutáceas, cosechadas delFamilia de las rutáceas, cosechadas del
mandarino.mandarino.
Tipos más comunes:Tipos más comunes: Tangerina o clementina, Satsuma,Tangerina o clementina, Satsuma,
TangeloTangelo
La fruta tiene un diámetro entre 5 - 8 cm en formaLa fruta tiene un diámetro entre 5 - 8 cm en forma
de globo, su color varía de amarillo verdoso ade globo, su color varía de amarillo verdoso a
naranja, posee en la superficie glándulas oleosas,naranja, posee en la superficie glándulas oleosas,
su cáscara es delgada y se desprende fácilmentesu cáscara es delgada y se desprende fácilmente
de la pulpa.de la pulpa.
Sus principales componentes son elSus principales componentes son el limoneno, ellimoneno, el
ácido metil antranílico y el éster de metiloácido metil antranílico y el éster de metilo entreentre
otros.otros.

10. de color amarillo dorado, de olor dulce y
delicado.
Propiedades terapéuticas generales: Antiviral,
calmante, diurético, estimulante, revitalizante.
Propiedades terapéuticas específicas:
hipertensión, palpitaciones, astringente,
humectante, regenerador de la piel, cólicos,
congestión del hígado, diarrea, estreñimiento,
flatulencia, náuseas, tónico estomacal y
hepático, calambres, hipo, produce balance
emocional, sensación de felicidad y frescura.

11. Aceites Esenciales.Aceites Esenciales.Son productos muy complejos que contienenSon productos muy complejos que contienen
sustancias volátiles de origen vegetal,sustancias volátiles de origen vegetal,
solubles en alcohol o éter y generalmentesolubles en alcohol o éter y generalmente
poco solubles en agua.poco solubles en agua.
Son producidos especialmente por lasSon producidos especialmente por las
plantas aromáticas y se pueden localizar enplantas aromáticas y se pueden localizar en
diversos lugares de las especies vegetales,diversos lugares de las especies vegetales,
por ejemplo:por ejemplo:

12. Distribuirse uniformemente por todas lasDistribuirse uniformemente por todas las
célulascélulas (pétalos de rosa).(pétalos de rosa).
Las labiadas, que sonLas labiadas, que son células secretorascélulas secretoras
denominados pelos secretores (tomillo ydenominados pelos secretores (tomillo y
orégano).orégano).
Las umbelíferas,Las umbelíferas, son canales o tubosson canales o tubos
secretoressecretores (anís y comino).(anís y comino).
EnEn bolsas secretorasbolsas secretoras, que son especies de, que son especies de
sacos que almacenan el aceite y en su partesacos que almacenan el aceite y en su parte
superior contienen células secretoras que lossuperior contienen células secretoras que los
producen y van llenando (cítricos).producen y van llenando (cítricos).

13. En el caso de la mandarina seEn el caso de la mandarina se
tiene que el aceite esencial setiene que el aceite esencial se
produce en la concha del frutoproduce en la concha del fruto
Se requiere la preparación de laSe requiere la preparación de la
materia celulosa para lamateria celulosa para la
extracción del mismo.extracción del mismo.
Sacos contenedores deSacos contenedores de
pulpa, semillas y jugopulpa, semillas y jugo
AlveloAlvelo
FlaveloFlavelo

14. Pueden ser obtenidos además de:Pueden ser obtenidos además de: flores, brotes,flores, brotes,
hojas, ramas, semillas, cortezas de árboles,hojas, ramas, semillas, cortezas de árboles,
hierbas, madera y raíces.hierbas, madera y raíces.
Sus componentes varían de un aceite a otroSus componentes varían de un aceite a otro
incluso dentro de una misma especie vegetal y esincluso dentro de una misma especie vegetal y es
función de múltiples variables tales como:función de múltiples variables tales como:
cosecha, acondicionamiento de la materia antescosecha, acondicionamiento de la materia antes
de la extracción y del proceso de extracción.de la extracción y del proceso de extracción.
Constituyentes:Constituyentes:
Hidrocarburos tanto terpénicos como alifáticHidrocarburos tanto terpénicos como alifátic
y sus derivados oxigenados.y sus derivados oxigenados.
Derivados del n-propil benceno.Derivados del n-propil benceno.

15. Parámetros de Calidad.Parámetros de Calidad.
Proporcionan mayor calidad los compuestosProporcionan mayor calidad los compuestos
oxigenados, especialmente losoxigenados, especialmente los aldehídos,aldehídos,
cetonas, alcoholes y ésteres.cetonas, alcoholes y ésteres.
Entre las técnicas para determinar susEntre las técnicas para determinar sus
componentes se destacan:componentes se destacan:
AromaAroma Peso específicoPeso específico
Índice de Refracción DesviaciónÍndice de Refracción Desviación
ópticaóptica
CromatografíaCromatografía
EspectrometríaEspectrometría
Espectrales como infrarrojo yEspectrales como infrarrojo y
ultravioletaultravioleta

16. Posterior al proceso de extracción y en especialPosterior al proceso de extracción y en especial
en la producción de aceites esenciales a escalaen la producción de aceites esenciales a escala
industrial puede ser necesario realizar uno o másindustrial puede ser necesario realizar uno o más
de los tratamientos como:de los tratamientos como:
Purificación.Purificación.
Eliminación de colorantes.Eliminación de colorantes.
Desterpenación.Desterpenación.
Destilación fraccionada con vacío.Destilación fraccionada con vacío.
Extracción con solventes selectivos.Extracción con solventes selectivos.
Separación por adsorción cromatográfica.Separación por adsorción cromatográfica.

17. Métodos TradicionalesMétodos Tradicionales
dede
Extracción.Extracción.
Implican el tratamiento de la sustancia bruta con unImplican el tratamiento de la sustancia bruta con un
solvente apropiado, que en el caso ideal, disuelva sólo elsolvente apropiado, que en el caso ideal, disuelva sólo el
constituyente deseado, permaneciendo sin disolver lasconstituyente deseado, permaneciendo sin disolver las
demás sustancias.demás sustancias.
En la práctica se obtiene una mezcla de compuestosEn la práctica se obtiene una mezcla de compuestos
solubles en el disolvente empleado y requieren desolubles en el disolvente empleado y requieren de
tratamientos posteriores.tratamientos posteriores.
Se pueden dividir de acuerdo al solvente utilizado en:Se pueden dividir de acuerdo al solvente utilizado en:
Extracción con agua:Extracción con agua: infusión, destilación por arrastreinfusión, destilación por arrastreconcon
vapor, entre otras.vapor, entre otras.
Extracción con solventes orgánicos:Extracción con solventes orgánicos: maceración,maceración,percolación,percolación,
Soxhlet, entre otrasSoxhlet, entre otras

18. Extracción SupercríticaExtracción Supercrítica
Se entiende porSe entiende por Fluido Supercrítico (FSC)Fluido Supercrítico (FSC)
a una sustancia llevada a condicionesa una sustancia llevada a condiciones
operativas de P, T cercanas al puntooperativas de P, T cercanas al punto
crítico.crítico.
En esta condición la sustancia no es niEn esta condición la sustancia no es ni
líquido ni gas, pero posee laslíquido ni gas, pero posee las
propiedades de ambas y representa unpropiedades de ambas y representa un
estado de la materia en el cual ésta esestado de la materia en el cual ésta es
compresible pero posee una densidadcompresible pero posee una densidad

19. Entre los más comunes FSC se encuentran:Entre los más comunes FSC se encuentran:
Dióxido de carbono(CODióxido de carbono(CO22), Oxido nitroso (N), Oxido nitroso (N22O), PentanoO), Pentano
(C(C55HH1212), Hexano (C), Hexano (C66HH1414), Amoníaco (NH), Amoníaco (NH33), Agua (H), Agua (H22O),O),
Etano (CEtano (C22HH66), Eteno (C), Eteno (C22HH44), Propano (C), Propano (C33HH88), Xenón (Xe).), Xenón (Xe).
A pesar de que el COA pesar de que el CO22 no es el que ofrece mayor rendimiento, es el mno es el que ofrece mayor rendimiento, es el m ááss
ampliamente usado debido a su bajo costo, inerte, no tóxico, no corrosivo, noampliamente usado debido a su bajo costo, inerte, no tóxico, no corrosivo, no
inflamable.inflamable.
Fluido
Temperatura
Crítica (ºC)
Presión Crítica
(atm)
Densidad Crítica
(g/ml)
Observaciones
CO2 31.2 72.8 0.47
Inerte, no
inflamable, no
tóxico
N2O 36.5 72.5 0.45 Oxidante
C5H12 152.0 33.3 0.23
Altas
temperaturas,
inflamable, tóxico
C6H14 234.0 29.6 0.23
Altas
temperaturas,
inflamable, tóxico
NH3 132.5 112.5 0.24
Altas
temperaturas,
corrosivo

20. T (ºC)
P (atm)
Sólido
Líquid
o
Gas
Punto Triple
-56.6 31.1-78.2
73
5.1
1
Punto Crítico
1
Ubicaremos las condiciones de operación para laUbicaremos las condiciones de operación para la
extracción del aceite esencial de mandarinaextracción del aceite esencial de mandarina
empleando COempleando CO22 como solvente:como solvente:

21. LaLa Extracción Supercrítica (ESC)Extracción Supercrítica (ESC) se fundamenta en lase fundamenta en la
diferencia de solubilidades del agente de extraccióndiferencia de solubilidades del agente de extracción
respecto a los componentes a ser separados.respecto a los componentes a ser separados.
Así como también en la influencia de la P, T sobre laAsí como también en la influencia de la P, T sobre la
solubilidad, ya que éstas son las que determinan elsolubilidad, ya que éstas son las que determinan el
grado de transferencia de los compuestos de interés algrado de transferencia de los compuestos de interés al
solvente.solvente.
La ESC puede resumirse en 4 pasosLa ESC puede resumirse en 4 pasos
principales:principales:
ExtracciónExtracción ExpansiónExpansión
Separación Compresión delSeparación Compresión del
solventesolvente

24. Aplicaciones.Aplicaciones.
 Obtención de productos naturales entre los que se destacan:Obtención de productos naturales entre los que se destacan:
descafeinado, obtención de lúpulos, aceites, grasas y esencias, drogas dedescafeinado, obtención de lúpulos, aceites, grasas y esencias, drogas de
plantas, celulosa, glucosa, eliminación de nicotina y de aceites.plantas, celulosa, glucosa, eliminación de nicotina y de aceites.
 Separación de hidrocarburos pesados, por ejemplo: separación,Separación de hidrocarburos pesados, por ejemplo: separación,
recuperación y purificación de aceites, desasfaltado y lubricantes.recuperación y purificación de aceites, desasfaltado y lubricantes.
 Regeneración de adsorbentes, filtros y catalizadores.Regeneración de adsorbentes, filtros y catalizadores.
 Separación y purificación de productos tales como agua potable a partirSeparación y purificación de productos tales como agua potable a partir
de agua de mar.de agua de mar.
 Reacciones químicas y procesos con polímeros.Reacciones químicas y procesos con polímeros.

25. Ignacio Matute,Ignacio Matute, Estudio preliminar de la extracción supercrítica delEstudio preliminar de la extracción supercrítica del
aceite esencial de naranja con solvente en condicionesaceite esencial de naranja con solvente en condiciones
críticas.críticas. En éste se realizó la extracción del aceite empleandoEn éste se realizó la extracción del aceite empleando
diferentes solventes a fin de comparar su capacidad dediferentes solventes a fin de comparar su capacidad de
extracción y se evaluar las características del aceite esencialextracción y se evaluar las características del aceite esencial
extraído con una muestra comercial.extraído con una muestra comercial.
José Griman,José Griman, Montaje y puesta a punto de una planta piloto para laMontaje y puesta a punto de una planta piloto para la
extracción de aceites esenciales de naranja utilizando COextracción de aceites esenciales de naranja utilizando CO22
supercrítico como solvente.supercrítico como solvente. Se estudio la influencia delSe estudio la influencia del
tiempo, temperatura y presión en la extracción del aceitetiempo, temperatura y presión en la extracción del aceite
esencial.esencial.
Antecedentes.Antecedentes.
AñoAño 1988.1988.

26. Francisco Jaramillo,Francisco Jaramillo, Estudio preliminar de la extracción deEstudio preliminar de la extracción de
oleorresina de cápsica con solvente enoleorresina de cápsica con solvente en
condiciones supercríticas.condiciones supercríticas. En éste se utilizóEn éste se utilizó
como solvente una mezcla de Ncomo solvente una mezcla de N22 -- COCO22 y sey se
estudió la influencia de la P, T y tiempo deestudió la influencia de la P, T y tiempo de
carga en el rendimiento de la extracción.carga en el rendimiento de la extracción.
Camilo Cárdenas,Camilo Cárdenas, Estudio preliminar de la extracción con COEstudio preliminar de la extracción con CO22
supercrítico de térpenos del toronjil (Melissasupercrítico de térpenos del toronjil (Melissa
officinalis).officinalis). Las variables estudiadas fueronLas variables estudiadas fueron
análogas al trabajo de Jaramilloanálogas al trabajo de Jaramillo..
Antecedentes.Antecedentes.
AñoAño 1997.1997.

27. Elevada eficacia debido a que los FSC poseen mejoresElevada eficacia debido a que los FSC poseen mejores
propiedades de transporte.propiedades de transporte.
Es posible separar totalmente y de forma sencilla el solventeEs posible separar totalmente y de forma sencilla el solvente
del extracto manipulando P, T.del extracto manipulando P, T.
Se obtienen un alto poder disolvente y alta capacidad deSe obtienen un alto poder disolvente y alta capacidad de
penetrar en los sólidospenetrar en los sólidos
Se puede modificar la selectividad y capacidad del solventeSe puede modificar la selectividad y capacidad del solvente
manipulando P, Tmanipulando P, T
Se obtiene productos de alta pureza, frescura, estables.Se obtiene productos de alta pureza, frescura, estables.
Uso de temperaturas moderadas que impiden la degradaciónUso de temperaturas moderadas que impiden la degradación
térmica del producto.térmica del producto.
Bajos costos energéticos, si se compara con operacionesBajos costos energéticos, si se compara con operaciones
tradicionales como por ejemplo la destilación.tradicionales como por ejemplo la destilación.
FSCFSC

28. Necesidad de datos de equilibrio de fases.Necesidad de datos de equilibrio de fases.
Los modelos termodinámicos desarrollados hastaLos modelos termodinámicos desarrollados hasta
el momento no son adecuados para predecir elel momento no son adecuados para predecir el
comportamiento de fases de los FSC.comportamiento de fases de los FSC.
Resistencia al cambio a escala industrial debido aResistencia al cambio a escala industrial debido a
los costos asociados a Investigación y Operaciónlos costos asociados a Investigación y Operación
por requerirse altas presiones.por requerirse altas presiones.
Requerimientos de seguridad exigentes debido aRequerimientos de seguridad exigentes debido a
las condiciones de operación.las condiciones de operación.
Limitaciones ...Limitaciones ...

29. Descripción del Equipo.Descripción del Equipo.
 Bombona de COBombona de CO22
 Recipiente de Alimentación.Recipiente de Alimentación.
 Recipiente de Extracción.Recipiente de Extracción.
 Recipiente Separador.Recipiente Separador.
 Válvulas de aguja,Válvulas de aguja,
reguladoras de presiónreguladoras de presión
y micrométrica.y micrométrica.
 Resistencia para calentamiento.Resistencia para calentamiento.
 Indicadores de T, P y L.Indicadores de T, P y L.
 Rotámetro.Rotámetro.
 Bomba.Bomba.
 Recipiente para recolectarRecipiente para recolectar
muestras.muestras.

30. Diagrama de Flujo.Diagrama de Flujo.
Bombona
de CO2
B-01
Recipiente de
Alimentación
de CO2
RA-01
Bomba para
presurizar el
sistema de
extracción
P-01
Resistencia para
Calentamiento
RC-01
Recipiente
Extractor
RE-01
Resistencia para
Calentamiento
RC-02
Recipiente
para tomar
Muestras
RTM-01
Rotámetro
R-01
V 01
PI
01
RA-01
VA 01
P-01
B-01
TI
01
PI
02
RC-01
RE-01
VM 01
RC-02 TI
02
PI
03
RC-03
RS-01
RTM-01
VA 02
VP01
PI
04
VA03
TI
03
PI
05
R-01
VA04
Descarga al
ambiente
de CO2
SECCION DE PRESURIZACION Y ALIMENTACION
SECCION DE EXTRACCION
SECCION DE
DESCARGA AL
MEDIO AMBIENTE
SECCION DE SEPARACION
Resistencia para
Calentamiento
RC-03
Recipiente para
Separación
RS-01
LI
01

31. ProcedimientoProcedimiento
Experimental.Experimental.
2. Puesta en Marcha.2. Puesta en Marcha.
Se fijan las condicionesSe fijan las condiciones
de operación (P, T, F).de operación (P, T, F).
Implica la manipulaciónImplica la manipulación
del equipo de formadel equipo de forma
adecuada, el ajuste y laadecuada, el ajuste y la
verificación constanteverificación constante
1. Instalación del1. Instalación del
Equipo.Equipo.
Consiste enConsiste en
acondicionar el montajeacondicionar el montaje
para la extracción. Enpara la extracción. En
esta etapa se incluye laesta etapa se incluye la
carga del solvente, elcarga del solvente, el
acondicionamiento yacondicionamiento y
carga de la materiacarga de la materia
prima (conchas deprima (conchas de
mandarina).mandarina).

32. 3. Operación del3. Operación del
Equipo.Equipo.
Se limita al control de laSe limita al control de la
presión de separación apresión de separación a
través de la manipulacióntravés de la manipulación
de válvulas y de lade válvulas y de la
temperatura de sistema.temperatura de sistema.4. Recolección de Producto4. Recolección de Producto
Se deben hacer las manipulacionesSe deben hacer las manipulaciones
pertinentes de válvulas a fin depertinentes de válvulas a fin de
garantizar las condiciones quegarantizar las condiciones que
permitan la descarga del aceitepermitan la descarga del aceite
esencial y su recolección.esencial y su recolección.

33. Análisis de MuestrasAnálisis de Muestras
El productoEl producto recolectadrecolectadoo
será caracterizada eserá caracterizada e
identificados susidentificados sus
componentes a través decomponentes a través de
técnicas como latécnicas como la
cromatografía ycromatografía y
5. Parada del5. Parada del
proceso.proceso.
Una vez descargado elUna vez descargado el
producto se debeproducto se debe
despresurizar totalmentedespresurizar totalmente
el sistema y descargar lael sistema y descargar la
materia celulosa agotadamateria celulosa agotada
y procesada.y procesada.

34. Metodología.Metodología.
Estudiar la influencia de la temperatura, a una presión,Estudiar la influencia de la temperatura, a una presión,
flujo de COflujo de CO22 y una masa materia prima fija. Realizandoy una masa materia prima fija. Realizando
aproximadamente 12 experiencias con la finalidad deaproximadamente 12 experiencias con la finalidad de
determinar el efecto sobre el rendimiento y ladeterminar el efecto sobre el rendimiento y la
composición.composición.
Obtener la temperatura que ofrezca mayor rendimientoObtener la temperatura que ofrezca mayor rendimiento
y variar la presión de extracción (1000 – 1700 psig),y variar la presión de extracción (1000 – 1700 psig),
para determinar el efecto sobre el rendimiento y lapara determinar el efecto sobre el rendimiento y la
composición con: flujo de solvente y masa de materiacomposición con: flujo de solvente y masa de materia
prima constante.prima constante.

35. Identificar los componentes del aceite esencial deIdentificar los componentes del aceite esencial de
mandarina mediante Espectrometría de Masa ymandarina mediante Espectrometría de Masa y
Cromatografía de Gases.Cromatografía de Gases.
Comparar las características del aceite esencial deComparar las características del aceite esencial de
mandarina obtenido con los existentes en elmandarina obtenido con los existentes en el
mercado.mercado.

36. Gracias.