Aplicación de extracción asistida por ultrasonidos y microondas a la recuperación de biomoléculas

Abstract

Los disolventes eutécticos (DE) son mezclas eutécticas de dos o más componentes con un punto de fusión menor que el de los componentes por separado debido a la combinación de una especie aceptora de enlaces de hidrógeno (HBA, del inglés Hydrogen Bond Acceptor) con una especie dadora de enlaces de hidrógeno (HBD, del inglés Hydrogen Bond Donor) que provoca una deslocalización de carga responsable del descenso de su punto de fusión. Teniendo en cuenta las ventajas que ofrece la utilización de disolventes eutécticos en extracciones sólido-líquido como alternativa a los disolventes tradicionales, el principal objetivo del presente trabajo es la selección de la mejor opción por medio de un barrido entre diferentes DE para posteriormente llevar a cabo una optimización de las condiciones de extracción por medio de técnicas asistidas como el ultrasonidos y el microondas. De esta forma, es posible evaluar y comparar los resultados derivados del uso de DE con las extracciones convencionales llevadas a cabo en la industria hasta el momento, pudiendo ver si los disolventes verdes consiguen mejorar las eficiencias tradicionales o no y que tipo de intensificación es más favorable para el sistema en cuestión. En primer lugar se llevó a cabo un estudio preliminar de las propiedades y el comportamiento de los DE a evaluar para poder prepararlos y utilizarlos posteriormente en la extracción de compuestos de interés de la uva. Con esto, se establecieron las diferentes alternativas de DE a estudiar, que sumaron un total de 15 opciones, de los cuales solo 13 resultaron válidos para ser probados en un sistema de extracción sólido líquido: ClCh:1,2-butanediol [1:3], prolina:1,2-butanediol [1:3], betaína:1,2-butanediol [1:3], ClCh:1,2-butanediol [1:4], prolina:1,2-butanediol [1:4], betaína:1,2-butanediol [1:4], ClCh:glicerol [1:4], prolina:glicerol [1:4], betaína:glicerol [1:4], ClCh:1,2- propanodiol [1:4], prolina:1,2-propanodiol [1:4] y betaína:1,2-propanodiol [1:4]. Cabe mencionar que se realizó una extracción con cada uno de los disolventes eutécticos formados y que todas ellas se llevaron a cabo en un agitador orbital bajo las mismas condiciones de operación, optimizadas de acuerdo con la bibliografía consultada. De forma paralela, se fue evaluando la calidad de las extracciones a medida que estas se iban realizando, utilizando para ello diferentes metodologías de análisis y cuantificación, como son: • La cuantificación de los compuestos fenólicos totales (TPC) presentes en el extracto utilizando el método Folin-Ciocalteu (FC) y el método HPLC. • La cuantificación del contenido total de flavonoides (TFC) presentes en el extracto. • La cuantificación de la capacidad antioxidante del extracto. Una vez realizadas las extracciones con cada uno de los DE, así como con agua y con etanol, como ejemplos de disolventes tradicionales, se realizó un análisis con todos los resultados para poder seleccionar y justificar el DE que ofrece unos resultados más favorables en comparación con los resultados derivados de las extracciones convencionales. Finalmente, se utilizó el disolvente eutéctico profundo seleccionado para llevar a cabo la intensificación mediante técnicas de extracción asistida por ultrasonidos (UAE, del inglés Ultrasound Assited Extraction) y por microondas (MAE, del inglés Microwave Assited Extraction) y buscar las condiciones de operación que dan lugar a los mejores resultados, comparándolos a su vez con los resultados derivados de extracciones con etanol bajo las mismas condiciones. Cabe destacar que en el caso de la extracción asistida por ultrasonidos (UAE) las condiciones a optimizar fueron el tiempo y la potencia, mientras que para la extracción asistida por microondas (MAE) se optimizaron el tiempo y la temperatura. En cuanto a resultados, la extracción sólido-líquido en agitador orbital (60 ºC y 100 min) utilizando DE ofrece mejores resultados que utilizando disolventes tradicionales como el agua o el etanol. Además, estos resultados son mejorables con la intensificación de la extracción por medio de microondas, ya que a pesar de necesitar una mayor temperatura de extracción, el tiempo requerido es mucho menor (100 ºC y 3 min) para alcanzar una eficiencia de extracción mayor, lo cual implica grandes ventajas a nivel medioambiental, operacional y económico. Por el contrario, para este caso en concreto, con la extracción asistida por ultrasonidos el DE se va degradando con el tiempo, e incluso a alta potencia y durante un tiempo prolongado la eficiencia de la extracción no consigue mejorar el sistema tradicional con etanol. Cabe destacar que para poder disponer de resultados más detallados sobre esta optimización sería necesario disponer de un mayor tiempo de experimentación para poder conocer en mayor detalle el comportamiento del DE bajo diferentes condiciones de operación, lo cual no es objeto del presente trabajo y requeriría de un trabajo de experimentación futuro o incluso paralelo a este. Por lo tanto, las técnicas de extracción con disolventes eutécticos, al igual que con otro tipo de disolventes verdes, suponen una alternativa prometedora a nivel industrial, principalmente en términos medioambientales. Sin embargo, este no es el único punto que se debe considerar y se necesita de un mayor trabajo de investigación en este campo con el fin de encontrar un equilibrio entre los beneficios sociales, ambientales y económicos para trasladar los resultados derivados de los estudios a escala de laboratorio a una escala industrial.