sin título de diapositiva · equpo de extracciÓn de laboratorio (uco) planta piloto (liec)...

Manzanares, 12 julio 2004

Aplicación de nuevas tecnologías para la valorización

de los residuos de la vitivinicultura

Manzanares, 12 julio 2004

Datos del proyecto

JUSTIFICACIÓN

• Aprovechamiento incompleto del potencial de los residuos de la industria vitivinícola.• La posibilidad de usar una nueva técnica: la extraccióncon fluidos sobrecalentados.

OBJETIVO

Valorizar los residuos mediante la extracción de sustancias de interés en las industrias de farmacia, cosmética, nutrición, industria alimentaria y agricultura.

RECURSOS

Humanos y de dirección científica: LIEC y grupo investigación de la UCO.Económicos:• Propios de LIEC• Consejería de Industria. JCCM• LEADER Alto Guadiana-Mancha• Proyecto PETRI con UCO

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Metodología

MATERIASPRIMAS

ESCALA LABORATORIO (UCO):• Definición condiciones experimentales• Caracterización físico-química extractos• Identificación posibles aplicaciones• Propuesta de parámetros control producción

PLANTA PILOTO (LIEC):• Aplicación condiciones extracción propuestas• Control producción• Dirección experimentos de uso extractos

VERIFICACIÓNCOMPOSICIÓNEXTRACTOS

PLANTA INDUSTRIAL

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Equipamiento

EQUPO DE EXTRACCIÓN DE LABORATORIO (UCO)PLANTA PILOTO (LIEC)

Espectrofotometría UV-VISEspectrofotometría de Absorción AtómicaCromatografía de gases con detectores FID y EMCromatografía líquidos con detectores UV y EM

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Residuos viña

HOJAS SENESCENTES

• Compuestos fenólicos: antocianos y flavanoles.

Industria farmacéutica, cosmética y de colorantes alimentarios

SARMIENTOS

• Celulosa y hemicelulosa

•Compuestos fenólicos: flavanoles monómeros, dímeros y oligómeros.

• Otros polifenoles: ligninas

• Biomasa• Fertilización: fuente m.o. con o sin compostaje previo.• Pasta de papel • Industria farmacéutica y cosmética

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Residuos bodega (1)

ORUJOS: orujo fresco, fermentado y lavado

• Azúcar

• Alcohol

• Bitartrato potásico

• Compuestos fenólicos

• Fibra

• Compuestos nitrogenados

• Obtención alcohol• Fabricación ácido tartárico • Aceite • Biomasa• Fertilización: fuente m.o. con o sin compostaje previo.• Alimentación humana y animal (proteínas) • Sustrato para cultivo de hongos comestibles• Industria farmacéutica y cosmética• Industrias fabricación de colorantes alimentarios• Extracción de aromas

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Residuos bodega (2)

LÍAS: desfangado mostos, lías de fermentación yconservación

• Azúcar/alcohol

• Bitartrato potásico y otras sales

• Levaduras muertas. Fuente de nutrientes

• Compuestos fenólicos precipitados y adsorbidos sobre las membranas de levaduras.

• Alcohol • Ácido tartárico• Fertilización: fuente m.o. con o sin compostaje previo.• Industria farmacéutica y cosmética• Biomasa• Alimentación

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ORUJO. Extracción antocianos

SO2;Q

Lixiviación

ORUJOH2O;Q

Piqueta

THK; Alcohol DecantaciónFermentación

Lavado

Absorción (resinas)

Elución (etanol)

Concentración(vacío)AlcoholAlcohol

Colorantelíquido

Atomización

Coloranteen polvo

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SEMILLAS. Extracción de aceite

SEMILLAS

Trituración

Extracción (hexano)

Destilación

TortaHexano

Refinado aceite virgen:Neutralización

Enfriamiento (5ºC)Calentamiento (12º)

CentrifugadoLavado

DecoloraciónDesodorización

ACEITE REFINADO

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SEMILLAS. Extracción de compuestosfenólicos

SEMILLAS

H2O;Q

ClNa

Extracción

Precipitación

Extracción disol. orgánico

Fase sólida

Taninos

Fase acuosa: residuo

ConcentraciónDisolvente

Secado, liofilización

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Diagrama de fases

P374ºC, 220 atm

Sólido Líquido

Gas

Punto Triple

Punto Crítico

1 atm

TTm (0ºC)

Tb (100ºC)

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Extracción con fluidos sobrecalentados. Variables

Utilización de disolventes en condiciones de temperatura y presión sin sobrepasar el puntocrítico.

Físicas: temperatura, presión y tiempo

Temperatura: la extracción se incrementa linealmente salvo paraespecies termolábiles o degradación de sustratos.Presión: condiciona la efectividad de la extracción y garantiza el mantenimiento de la fase líquida de disolvente.

Químicas: naturaleza del disolvente (orgánicos, inorgánicos, polares y no polares) y sus posibles modificaciones (pH y % de mezclas).

De proceso: extracción estática, continua o estática/continua

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Extractor laboratorio

Manzanares, 12 julio 2004

Planta piloto

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Extracción con fluidos sobrecalentados. Proceso

CARGA MUESTRA EN CÉLULA

LLENADO CON DISOLVENTE Y PRESURIZACIÓN

CALENTAMIENTO

EXTRACCIÓN ESTÁTICA

PURGA CÉLULA Y RECOGIDAEXTRACTO

Manzanares, 12 julio 2004

Extracción con fluidos sobrecalentados. Aplicaciones

TÉCNICA SURGIDA EN 1994

VENTAJAS vs OTRAS TÉCNICAS DE EXTRACCIÓN SÓLIDO-LÍQUIDO (Soxhlet):

1. Menor tiempo de tratamiento2. Menor consumo de reactivos3. Utilización de reactivos menos costosos4. Posibilidad de automatización

APLICACIONES:

1. Análisis ambiental de suelos y sedimentos: contaminantes orgánicos, fitosanitarios, herbicidas, metales pesados, compuestos organometálicos, etc.

2. Análisis biológico y farmacéutico: contaminantes y otros analitos en tejidos biológicos, alimentos; extracción de sustancias farmacológicamente activas; obtención de aceites esenciales, ...

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Extracción con fluidos sobrecalentados. Resultados. Madera

J. González-Rodríguez ; P. Pérez-Juan: M.D. Luque de Castro. Chromatographia, 2003, 57:363-368. Etanol 60%; 200ºC; 40 atm; 60 min.

GC-FID chromatograms of the subcritical extract (S1) as compared with commercial extracts (C3,C4,C6).

Manzanares, 12 julio 2004

Extracción con fluidos sobrecalentados. Resultados. Madera

J. González-Rodríguez ; P. Pérez-Juan: M.D. Luque de Castro. Chromatographia, 2003, 57:363-368. Etanol 60%; 200ºC; 40 atm; 60 min.

GC-MS chromatograms TIC mode of (a) a subcritical extract (b) a commercial extract (C3). 1=Furfural; 2=5-metil furfural; 8=Hydroxymethyl furfural; 10=p-vinyl guaiacol; 12=Eugenol;14=Vanillin; 18=Syringaldehyde; 21=Coniferaldehyde; 31=p-cumarine;

Manzanares, 12 julio 2004

Extracción con fluidos sobrecalentados. Resultados. Madera

J. González-Rodríguez ; P. Pérez-Juan: M.D. Luque de Castro. J. Chromatogr (in press) Etanol 60%; 200ºC; 40 atm; 50 min.

HPLC chromatograms of: (a) and © commercial extracts, (b) subcriticalextract. (1) m-hydroxybenzoic acid, (2) gallic acid, (3) protocatechuic acid, (4) p-hydroxybenzoic acid, (5) vanillic acid, (6) caffeic acid, (7) vanillin, (8) syringic acid, (9) syringaldehyde, (10) p-coumaric acid, (11) ferulic acid, (12) coniferaldehyde, (13) sinapaldehyde, (14) alfa-hydrxycinnamic acid, (15) scopoletin.

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Extracción con fluidos sobrecalentados. Resultados. Orujos

J. González-Rodríguez ; P. Pérez-Juan: M.D. Luque de Castro. Anal Bioanal chem (2003) 377: 1190-1195 Etanol 40%; 210ºC; 40 atm; 65 min.; pH=3.

Cromatograma GC-EM 1= 1-Hidroxi-2-propanona; 2= Ácido 2-hidroxi-2-metil-butanoico; 3= Ácido hidroxibenzoico; 4= Furanmetanol; 10= Ácido 3-furan-carboxilico; 14= 2-hidroximetilfurano; 17= 3,5 Dihidroxi-2,5-dihidro-piran-4-ona.; 20= Pirocatecol; 21= Homocatecol; 22= o-acetil-p-cresol; 24= Pirogalol; 25= Vainillina; 26= Ácido gálico; 27= p-tercutilcatecol; 28= Ácido vaníllico; 31= Ácido homovaníllico; 32= Homovanillato de metilo; 33= Coniferol; 34= Ácido resorcílico; 35= Ácido mirístico; 38= Vanillato de etilo; 39= Ácido palmítico; 40= Palmitato de etilo; 41= Ácido linoleico; 42= Ácido oleico; 43= Ácido esteárico; 44= Linoleato de etilo; 45= Oleato de etilo; 46= Estereato de etilo; 47= Ácido eicosanoico.

Manzanares, 12 julio 2004

Extracción con fluidos sobrecalentados. Resultados. Sarmientos

Trabajo iniciado a finales 2003. Objetivo: buscar valorización de los residuos de la poda por su composición química

Metodología:1. 4 Disolventes: acetona, diclorometano, hexano

y etanol al 40% v/v2. 180ºC, 40 atm, 50 min3. Análisis por GC-EM

Las primeros resultados indican lo siguiente:1. Aparece una gran complejidad analítica. Se requerirá

importantes etapas de fraccionamiento.2. Hay grandes diferencias entre los extractos según la

naturaleza del disolvente. Sólo existe un compuesto común a todos ellos.

3. El mayor número de polifenoles volátiles se obtienen con la acetona, aparecen compuestos fenólicos (aldehidos y ácidos) derivados de la degradación de la lignina.

4. Se extraen potentes antioxidantes como el gamma-tocoferol y los fitoesteroles stigmaterol, y campesterol.

H2O, 120ºC, 40 atm, 15 min = IPT 225

Etanol 60% v/v, 120ºC, 40 atm, 15 min = IPT 652

Manzanares, 12 julio 2004

Extracción con fluidos sobrecalentados. Resultados. Orujos

Trabajo iniciado en 2003. Objetivo: capacidad antioxidante de los extractos de pepitas y hollejos.

Metodología:1. Etanol al 40% v/v, 160ºC, 40 atm, 50 min, pH = 102. Ensayo de capacidad antioxidante

Los primeros resultados indican lo siguiente:1. La capacidad antioxidante del extracto de pepita es

superior al de los hollejos, y similar al estándar de la manzana Red Delicious.

2. En ambos extractos la secuencia de mayor a menor capacidad antioxidante es la siguiente: flavonoidesno tánicos, taninos condensados, fenoles simples y taninos hidrolizables. La primera fracción contiene casi el 75% de dicha actividad.

Manzanares, 12 julio 2004

Extracción con fluidos sobrecalentados. Resultados. Aceite pepitas

Trabajo finalizado en abril 2004. Objetivo: aplicación de la extracción con fluidos sobrecalentados a la extracción de aceitede pepita.

Metodología:1. Contraste con sistema Soxhlet: hexano y 60 minutos2. Condiciones subcríticas: hexano; 80ºC; 40 atm; 10 minutos3. Análisis por CG

La conclusión del experimento es que la extracción subcrítica es más competitiva en tiempo y proporciona Una composición semejante del aceite: palmitato (7,3 –7,3%),Estearato (3,8 – 3,8 %), oleato (15,4 – 16%), linoleato (73,1 – 72,5 %) y linolenato (0,3 – 0,4 %).