Simulación del tiempo de extracción en función de la temperatura de proceso y de la microestructura del material vegetal

Abstract

La extracción sólido líquido de fuentes vegetales es una bioseparación ampliamente utilizada para la obtención de sustancias orgánicas de interés en la industria alimentaria, farmacéutica y cosmética. En el presente trabajo se estudió la operación de extracción con el modelo resuelto de Simpson por calculo fraccional de la expresión de difusión anómala de la segunda ley de Fick para estudiar el efecto de la microestructura y la temperatura en el comportamiento de la extracción y el tiempo de extracción. La determinación del tiempo de extracción es de gran importancia para el proceso ya que de no alcanzarse disminuye el rendimiento obtenido de la fuente vegetal y de ser mayor reduce su rentabilidad. Para ello se propuso un método numérico novedoso que define como tiempo de extracción aquel en el que se tiene un cambio marcado en la velocidad de extracción. La simulación se realizó con Matlab y se evaluó los parámetros del modelo que representan el efecto de la microestructura (n) y el efecto de la temperatura (k) de manera individual y combinado en un rango de 80% a 120% de su valor inicial. El ajuste de los datos experimentales al modelo de Simpson presento una R2 de 0.998, mientras la evaluación del parámetro k (temperatura) mostró tener menor consecuencia en el comportamiento y tiempo de extracción que el parámetro n (microestructura) los cuales presentaron tiempos de extracción de 507.8 a 14.5 min. y de 79.3 a 46.6 min. para n y k respectivamente. Los resultados de la simulación fueron congruentes con los observados en biomateriales con estructuras claramente diferentes como las de semillas y frutos procesados a diferentes temperaturas por lo que los métodos numéricos propuestos pueden ser una herramienta útil en esta bioseparación.

Modelación de la extracción de polifenoles de semillas de uva

“…Considerando que para la extracción sólido-líquido cuando se emplea un líquido de extracción puro la concentración en el 𝝏𝝏 = 𝟎𝟎 debe ser cero, 𝒌𝒌𝒌𝒌 necesariamente debe tener un valor de 1 "ecuación ( 5)" (Valencia-Pérez et al, 2020).…”

“…En la tabla 1 se muestran los resultados de la modelación de los datos experimentales obtenidos por Bucić -Kojic et al, (2007), los parámetros obtenidos son la concentración de equilibrio 𝐶𝐶𝐶𝐶, que corresponde al máximo valor de concentración que se obtiene al final de proceso de extracción y del cual se puede calcular el rendimiento del proceso, el parámetro 𝑘𝑘2 que está relacionado con el efecto que tiene la temperatura sobre el proceso de extracción y el parámetro 𝑛𝑛, el cual muestra el impacto de la microestructura sobre el comportamiento de la extracción. De acuerdo a trabajos previos mientras el parámetro 𝐶𝐶𝐶𝐶 tenga valores mayores también se obtendrán mayores rendimientos del proceso, aunque no necesariamente con eficiencia, ya que una magnitud mayor de los parámetros 𝑘𝑘2 y 𝑛𝑛 impactarían en comportamientos de extracción más acentuados que alcancen en menor tiempo la concentración de equilibrio 𝐶𝐶𝐶𝐶, y que subsecuentemente presenten una mejor eficiencia del proceso (Valencia-Pérez et al, 2020). Por otro lado aunque el modelo de Simpson considera el parámetro 𝑘𝑘1, el cual muestra el efecto del tamaño y geometría del sólido de extracción de semillas de uva, en el presente trabajo fue considerado igual a 1, ya que la simulación del empleo de otros valores mostró que no se cumple la condición inicial donde para el tiempo cero la concentración también debe ser cero, sí 𝑘𝑘1 es mayor que 1, entonces en el tiempo igual a cero (𝑡𝑡 = 0), su magnitud es negativa y si es menor que 1, en el tiempo cero su valor de concentración será mayor a cero.…”

“…La ESL es la primera operación básica previa a la purificación e identificación de sustancias de alto valor agregado (Valencia-Pérez et al, 2020), y cuya finalidad es separar los componentes que están embebidos en la fase sólida mediante una fase líquida o disolvente, la transferencia de masa entre fases busca alcanzar el equilibrio a medida que transcurre el tiempo (Wkren et al, 1998). La industria farmacéutica, alimentaria y cosmética emplea la ESL para la obtención de compuestos bioactivos como los polifenoles (Valencia-Pérez et al, 2020). Estos compuestos son encontrados naturalmente en los frutos como la uva, rica en vitaminas, minerales, carbohidratos, fibra y polifenoles (Xia et al, 2010).…”