Hidrodestilación y Prensado en Frío

Hidrodestilación

 Este procedimiento es realizado mediante la utilización de un dispositivo de laboratorio denominado equipo de Clevenger. Este sistema permite integrar todas las etapas del proceso de destilación, incluyendo la vaporización, la condensación y la decantación. A continuación se encuentra una ilustración del equipo de Clevenger.

 

Para efectuar el proceso de extracción de aceites esenciales con este elemento se requiere que el material vegetal del cual se extraerá el aceite sea cortado en trozos, luego se debe introducir en el recipiente o matraz de vidrio contenedor. A continuación se le añade agua al mismo recipiente, es importante que la cantidad de agua añadida sea abundante, puesto que en el momento de calentar el recipiente con fuego, el material vegetal podría llegar a carbonizarse y esto ocasionaría un cambio en las propiedades del aceite esencial, haciendo que este adquiera un olor desagradable.

El recipiente con el agua y el componente vegetal se calientan usando un mechero, con el fin de que el aceite en el interior de las glándulas del vegetal alcance su punto de ebullición al igual que el agua y ambos se evaporen. Luego los gases viajarán a través de los conductos del equipo Clevenger hasta llegar al condensador, en donde son regresados a su fase líquida. Finalmente se abre la válvula de decantación con el fin de que el agua sea extraída del aparato y quede únicamente el aceite esencial, que posteriormente será retirado.

Prensado en frío

El método de prensado en frío para la extracción de aceites esenciales es convencionalmente utilizado para los casos de componentes orgánicos cítricos, como lo son: el limón, la naranja, la mandarina, entre otros. El aceite esencial está contenido en el pericarpio del cítrico, este es la piel que rodea a la semilla. Por lo cual, en el momento de realizar el prensado se utilizan únicamente semillas.

Para el procedimiento se requiere de una prensa que permita medir y controlar la temperatura. Las semillas son ubicadas en la prensa y esta se activa para aplicar presión sobre el producto. Al aumentar la presión sobre las semillas, se incrementa también la temperatura; para este procedimiento se requiere que esta no sobrepase los 45°C, es por esto que se denomina prensado en frío.

Dependiendo del tipo de semilla que se procese el incremento de temperatura debido a la presión será diferente, por esto se debe realizar una supervisión constante de la temperatura durante el prensado, para que no se sobrepase la temperatura límite.

En el momento en que se realiza el prensado, el aceite esencial contenido en el pericarpio de las semillas es liberado, se requiere entonces aplicar una operación para recolectarlo. Recordemos que los aceites esenciales son por lo general sustancias volátiles, lo que quiere decir que cuando son expuestos al aire libre tienden a evaporarse con facilidad, por lo cual es necesario recolectarlos a la menor brevedad posible y almacenarlos en un recipiente hermético.

Para la extracción de aceites a pequeña escala, o nivel de laboratorio se puede utilizar un trapo de tela, una esponja o cualquier material absorbente para recolectar el aceite extraído por la prensa, luego se debe exprimir y verter el aceite en un recipiente.

El inconveniente que presenta este método de extracción es que la cantidad de aceite recolectado depende necesariamente de la presión que se aplique a las semillas. En el caso de aplicar mucha presión la temperatura puede aumentar a más de 45°C haciendo que el aceite disminuya su calidad.

Extracción de Aceites Esenciales

Destilación por Vapor de Agua 

Este método de extracción de aceites esenciales es uno de los más sencillos y económicos de realizar, es por esta razón que también se considera uno de los más utilizados a nivel de laboratorios y pequeñas empresas que no cuentan con tecnología y equipos avanzados. Usualmente este método es utilizado para extraer el aceite de componentes orgánicos de tipo planta, por ejemplo: el boldo, el romero, el eucalipto, entre otros.

Para la realización de este método de extracción se utiliza el vapor de agua, por lo tanto, es necesario tener en cuenta que los aceites esenciales y el agua son líquidos inmiscibles, lo cual quiere decir que se trata de dos líquidos que no pueden mezclarse formando una mezcla homogénea. Para realizar la operación de destilación se inducen dos cambios de fase en la materia que se pretende.

Cambios de la Materia

Extraer:  La vaporización y la condensación, es decir, la transición de un líquido a un gas, y luego de un gas a un líquido.

Métodos:

Se exponen tres variaciones del método de extracción por destilación, estos son: La destilación por arrastre de vapor (actual), la destilación directa y la hidrodestilación. (posteriores en otras publicaciones) Este método, con todas sus variaciones se basa en el principio físico establecido por la ley de las presiones parciales, también conocida como la ley de Dalton.

Ley de Dalton

La ley de las presiones parciales fue establecida en el año de 1803 por el reconocido científico británico John Dalton. Esta plantea que si dos o más gases que no reaccionan químicamente entre sí, están contenidos en un recipiente cerrado y a temperatura constante, cada uno de estos gases ejercerá la misma presión que tendría si ocupara todo el volumen del recipiente, es decir, si estuviera solo. La suma de todas las presiones de los gases equivale a la presión total del sistema. La expresión matemática que define esta ley es la siguiente:

El interés de la aplicación de esta ley a la metodología de extracción de aceites esenciales radica en la siguiente implicación física: en un sistema con dos o más líquidos inmiscibles donde se cumple la ley de Dalton, la temperatura de ebullición del líquido más volátil será igual a la temperatura a la cual la suma de las presiones es igual a la temperatura atmosférica.

Lo anterior puede aplicarse al contexto del método de extracción de aceites esenciales por destilación de vapor de agua de la siguiente manera: los aceites esenciales son líquidos que tienen una temperatura de ebullición que varía dependiendo del tipo de aceite, pero usualmente en la mayoría de los casos es mayor a la temperatura de ebullición del agua, es decir a los 100°C a presión ambiente. Sin embargo, en un sistema cerrado donde se involucran el vapor de agua y el aceite esencial, bajo la ley de Dalton la temperatura de ebullición del aceite se reducirá considerablemente por debajo de los 100°C, lo que facilita el proceso de destilación necesario para efectuar la extracción.

Destilación por arrastre de vapor de agua

Esta es la primera forma de extracción que se va a estudiar, para ello se requiere de dos recipientes, uno con agua y otro para el componente orgánico del cual queremos extraer el aceite esencial, si se desea se puede introducir un termómetro en cada recipiente. Es conveniente que dicho componente orgánico sea molido o cortado en trozos antes de introducirlo en el recipiente, debido a que los aceites esenciales están contenidos en glándulas o conductos dentro del vegetal, y al cortarlo en trozos se facilita su extracción.

Montaje

Además, es necesario que los dos recipientes estén conectados entre sí por un tubo de vidrio y sus bocas estén selladas, con el propósito de que el proceso se desarrolle correctamente. Adicionalmente se requiere de un condensador conectado al recipiente del componente orgánico por un extremo, y por el otro extremo conectado con un tercer recipiente en donde se recolectará el aceite mezclado con el agua. A continuación se muestra una figura en donde se expone el sistema descrito.

Imagen: (Stamm, 1970)

Procedimiento:

El procedimiento consiste en inducir el proceso de ebullición del agua en el primer recipiente, mediante la adición de calor con un mechero convencional, con el fin de que esta se vaporice cambiando de fase líquida a gaseosa. El vapor de agua generado se movilizará hacia el segundo recipiente en donde por efecto de la ley de Dalton el aceite esencial alcanza la temperatura de ebullición y se evapora. A continuación el vapor de agua y el aceite evaporado se trasladan hacia el condensador, en donde por efecto de la circulación de los gases y el intercambio de calor con agua circulante, regresan a su estado líquido. Finalmente el agua y el aceite son vertidos en un último recipiente, en donde forman una mezcla heterogénea.

Separación del Aceite y el Agua

Al finalizar este proceso de extracción se debe separar el aceite del agua. Para esto se puede recurrir al método de separación que resulte más conveniente. El que se utiliza con mayor frecuencia debido a su funcionalidad y economía es el método de decantación, que consiste en separar los dos líquidos mediante la utilización de un embudo de decantación en donde por efecto de la gravedad se extrae el líquido de menor densidad, en este caso el agua, separándolo del aceite.

 

Aceites Esenciales

Aceites Esenciales

Los aceites esenciales son los aromas que liberan las plantas cada vez que las cortamos, estos se encuentran en las hojas, cáscaras de las frutas, semillas, cortezas, árboles y flores. Los aceites esenciales están compuestos por terpenos, también son fracciones líquidas volátiles llamadas aceites volátiles, aceites etéreos o esencias, son una mezcla de sustancias aromáticas producidas por muchas plantas, que son muy importantes en la industria de los alimentos (saborizantes, condimentos, aromas) y en la industria de los cosméticos (lociones y aromas).

Conceptos:

Es un concepto que es muy importante tener en cuenta cuando se va trabajar con esencias. Cuando se habla de un flavonoide, alcaloide o de un azúcar de una planta se está señalando un producto puro químicamente, determinado con una fórmula característica; cuando se menciona un aceite fijo, resinoide o esencia, es importante tener en cuenta que se está hablando de una mezcla de productos con composición variable, esto quiere decir que no siempre es un sólo metabolito que compone una esencia, sino que es la mezcla de muchos metabolitos.

Metabolitos Primarios:

Los metabolitos primarios (proteínas, lípidos, azúcares, etc.) en la plantas son vitales para que la planta crezca, se multiplique y viva, mientras que para que ella sobreviva se necesitan los metabolitos secundarios. Estos últimos son moléculas de bajo y mediano peso molecular, generados en la planta por varias rutas biosintéticas; pertenecen a diferentes clases de sustancias químicas, e.g., alcoholes, ácidos, ésteres, fenoles y terpenos, entre muchas otras. A algunos de ellos, les caracteriza un olor típico y una alta volatilidad. A ciencia cierta y con los detalles experimentales requeridos.

Metabolitos Secundarios

Todavía no se conocen todos los papeles que conjugan los metabolitos secundarios en las plantas, porque ellos cumplen varias funciones y operan a través de diversos mecanismos. primeramente son agentes de defensa químico de las plantas, actúan contra depredadores, insectos, microorganismos (bacterias, virus, hongos), en general, contra diferentes tipos de plagas; también son remedios vegetales endógenos, e.g., exudaciones de tipo balsámico, que la planta segrega cuando está lesionada, experimenta estrés o está infectada.

Muchas de estas sustancias son repelentes de insectos, mientras que otras, al revés, los atraen. Algunos compuestos son antialimentarios (antifeeding agents), o sea, quitan a los depredadores y herbívoros las ganas o el apetito para tragar la planta.

Las sustancias volátiles de las plantas, que atraen distintos insectos benévolos, son necesarias para su polinización y la reproducción. Varios compuestos volátiles participan en el proceso de la respiración de la planta, ayudan a regular en ella la humedad y cumplen, entre otras, diversas funciones fisiológicas, lo que es objeto de numerosos estudios científicos.

Cómo se Comunican las Plantas con otras Plantas y con Nosotros

Las plantas se comunican entre sí, “se quieren” o se repelen, lo que incide sobre la velocidad de su crecimiento, propagación, abundancia de biomasa producida, resistencia a las enfermedades, entre otros factores. Así como la gente se comunica a través de las plantas, las plantas emiten mensajes moleculares, que se “leen” y se interpretan por otras plantas o por insectos. Desde antaño, se ha observado empíricamente esta cualidad de las plantas, que cuando se siembran juntas pueden crecer bien o deficientemente. Por ejemplo, el ajenjo, la ruda y el paico, entre otras, poseen “antipatía” hacia la mayoría de las plantas aromáticas “dulces”, que crecen en su vecindad.

Sinergismo de las PLantas

Se conoce muy bien el sinergismo, en los cultivos intercalados de maíz con frijol, trigo o cebada con arveja, entre muchas otras combinaciones. Diversas propiedades de los metabolitos secundarios de las plantas se han aprovechado en medicina popular para hacer remedios caseros, también en agricultura, como biorreguladores moleculares de diferente índole, por ejemplo, como bioinsecticidas.

Usos de los Metabolitos Secundarios

Entre muchos metabolitos secundarios aislados de las plantas, se destacan algunos, muy especiales, de amplio uso en diversas ramas de la industria, medicina y en muchos productos empleados en la vida cotidiana. Esta clase de sustancias recibe el nombre de aceite esencial, aceite volátil, aceite etéreo o esencia.

¿De qué se Componen las Esencias?

Numerosas sustancias forman parte de la esencia, que es una mezcla compleja de compuestos volátiles y de naturaleza química muy diversa. Lo que más la caracteriza y destaca es su olor, generalmente agradable, intenso, que evoca la fragancia de la planta, o de la fruta o de la madera, de la cual proviene.

Evocación de Recuerdos de las Esencias

La esencia puede recordar el olor, por ejemplo, de una hierba recién cortada, o de vainilla dulce y empalagosa, entre otros acordes aromáticos que posee un aceite esencial, formado por una compleja gama de sustancias volátiles con diferentes notas fragantes y distintos umbrales sensoriales para su percepción. Aislados de flores (rosa, azahar, lirio, ylang-ylang), semillas (coriandro, cilantro, anís, cardamomo), hojas y tallos (albahaca, tomillo, menta, lavanda, orégano), corteza (canela), madera (pino, sándalo), raíces (valeriana, vetíver) y rizomas (jengibre, cúrcuma), los aceites esenciales pueden considerarse el alma de la planta, su espíritu, que la caracteriza y destaca, evoca y hace memorizar en el tiempo; los aceites, generalmente, producen una sensación placentera, sobre todo, cuando están diluidos.

Algo de Historia de los Aceites Esenciales

Encontramos su mención en jeroglíficos egipcios, manuscritos chinos, escrituras de sacerdotes de la Edad Media y de alquimistas, sus usos no solo eran mágicos-religiosos sino también curativos. Algunos frascos sellados que se encontraron en la tumba de Tutankamon, en Egipto, y contenían un ungüento cuyo análisis reveló la presencia de frankincensé (árbol de incienso, Boswelia thurifera) y de la esencia de nardo índico (Nardostachys jatamansi). Éste, tal vez fue el hallazgo de un perfume más antiguo elaborado hace más de 3300 años. La literatura Ayurvédica revela que en la India desde hace ya más de 2000 años se empleaban esencias para curar diferentes enfermedades.

Usos a Través de la Historia

Los griegos antiguos y los romanos usaban esencias y extractos de plantas con fines cosméticos y para baños, que tomaban varias veces al día, aromatizaban con esencias su cabello, cuerpo y hasta la cama, para tener un sueño placentero, o como afrodisíacos.

Desarrollo en el Tiempo de los Aceites Esenciales

El verdadero despliegue del uso de aceites esenciales en diferentes productos y por sí solos, así como su elaboración industrial, empezaron en Francia, a finales del siglo XVll. El conocimiento obtenido por los árabes en la Edad Media sobre cómo destilar el alcohol fue el éxito para la posterior elaboración de perfumes en su forma moderna de presentación y uso, puesto que un perfume es una mezcla de agua, alcohol y aceites esenciales, juntos con algunos aditivos (antioxidantes, fijadores, colorantes, etc).

La Quinta Esencia

Los aceites esenciales o volátilesla quinta esencia, como lo solían llamar los griegos en la antigüedad, se producen en cantidades apreciables (0.5-6%) en las llamadas plantas “aromáticas”, aquellas que generalmente son hierbas o arbustos, poseen un fuerte y característico olor o fragancia y a menudo atractores de insectos. Algunos ejemplos de plantas aromáticas son: canela, limonaria, geranios y pachulí, todas ellas son exógenas, es decir, introducidas a Colombia y algunas son ya bien adaptadas y cultivadas como ornamentales (e.g., geranio) en el país.

Donde encontrar la células Oleíferas de las Plantas

Los aceites esenciales en la plantas pueden encontrarse en las diferentes células oleíferas (jengibre, cúrcuma, vainilla), en los canales secretorios (pino, artemisia, anís, angélica), estar presente en las glándulas (cítricos, eucaliptos) o en los tricomas (muchas plantas de las familias Labiadas, Asteráceas, Solanáceas, Geraniáceas). El material vegetal (planta aromática), al ser sometido al vapor de agua, libera una mezcla odorífera líquida (aceite esencial) de una gran variedad de sustancias volátiles, que recuerdan el olor, en forma muy concentrada, de la misma planta. Esta mezcla puede tener desde 50 hasta más de 300 sustancias químicas y está compuesta por hidrocarburos terpénicos, sus derivados oxigenados, alcoholes, aldehídos y cetonas, así como por éteres, ésteres, compuestos fenólicos, fenilpropanoides y otros derivados. (Stashenko, 2009)

 

Partes de la planta donde se encuentran los aceites esenciales Aceites esenciales Parte de la planta utilizada
Ciprés y jara Ramas
Lavanda y lavandín Sumidades floridas
Menta, hierba, limón y eneldo Planta entera
Geranio y petitgrain Hojas
Nelori, rosa y Ylang-ylang Flor
Limón, naranja y mandarina Flavedo (capa externa del fruto)
Romero, tomillo, ajeldra, mejorana Planta entera con flor
Melisa Planta fresca
Abeto de Siberia Acículas
Manzanilla Flor seca
Canela Corteza
Cedro Madera
Lima Fruto entero
Clavo Botones florales
Vetiver Raíz
Mostaza Semillas