Aplicación de nuevas tecnologías para la valorización de los residuos de la vitivinicultura

Transcripción

1 Aplicación de nuevas tecnologías para la valorización de los residuos de la vitivinicultura

2 Datos del proyecto JUSTIFICACIÓN Aprovechamiento incompleto del potencial de los residuos de la industria vitivinícola. La posibilidad de usar una nueva técnica: la extracción con 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

3 Metodología MATERIAS PRIMAS ESCALA LABORATORIO (UCO): Definición condiciones experimentales Caracterización físico-química extractos Identificación posibles aplicaciones Propuesta de parámetros control producción VERIFICACIÓN COMPOSICIÓN EXTRACTOS PLANTA PILOTO (LIEC): Aplicación condiciones extracción propuestas Control producción Dirección experimentos de uso extractos PLANTA INDUSTRIAL

4 Equipamiento EQUPO DE EXTRACCIÓN DE LABORATORIO (UCO) PLANTA PILOTO (LIEC) Espectrofotometría UV-VIS Espectrofotometría de Absorción Atómica Cromatografía de gases con detectores FID y EM Cromatografía líquidos con detectores UV y EM

5 HOJAS SENESCENTES Residuos viña 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

6 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

7 Residuos bodega (2) LÍAS: desfangado mostos, lías de fermentación y conservación 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

8 ORUJO. Extracción antocianos SO 2 ;Q Lixiviación ORUJO H 2 O;Q Lavado Piqueta THK; Alcohol Decantación Fermentación Absorción (resinas) Elución (etanol) Alcohol Concentración(vacío) Alcohol Colorante líquido Atomización Colorante en polvo

9 SEMILLAS. Extracción de aceite SEMILLAS Trituración Hexano Extracción (hexano) Destilación Torta Refinado aceite virgen: Neutralización Enfriamiento (5ºC) Calentamiento (12º) Centrifugado Lavado Decoloración Desodorización ACEITE REFINADO

10 SEMILLAS. Extracción de compuestos fenólicos SEMILLAS H 2 O;Q Extracción Fase sólida ClNa Precipitación Taninos Extracción disol. orgánico Fase acuosa: residuo Disolvente Concentración Secado, liofilización

11 Diagrama de fases P Sólido Líquido 374ºC, 220 atm Punto Crítico 1 atm Gas Punto Triple Tm (0ºC) Tb (100ºC) T

12 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 para especies 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

13 Extractor laboratorio

14 Planta piloto

15 Extracción con fluidos sobrecalentados. Proceso CARGA MUESTRA EN CÉLULA LLENADO CON DISOLVENTE Y PRESURIZACIÓN CALENTAMIENTO EXTRACCIÓN ESTÁTICA PURGA CÉLULA Y RECOGIDA EXTRACTO

16 Extracción con fluidos sobrecalentados. Aplicaciones TÉCNICA SURGIDA EN 1994 VENTAJAS vs OTRAS TÉCNICAS DE EXTRACCIÓN SÓLIDO-LÍQUIDO (Soxhlet): 1. Menor tiempo de tratamiento 2. Menor consumo de reactivos 3. Utilización de reactivos menos costosos 4. 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,...

17 Extracción con fluidos sobrecalentados. Resultados. Madera J. González-Rodríguez ; P. Pérez-Juan: M.D. Luque de Castro. Chromatographia, 2003, 57: Etanol 60%; 200ºC; 40 atm; 60 min. GC-FID chromatograms of the subcritical extract (S1) as compared with commercial extracts (C3,C4,C6).

18 Extracción con fluidos sobrecalentados. Resultados. Madera J. González-Rodríguez ; P. Pérez-Juan: M.D. Luque de Castro. Chromatographia, 2003, 57: 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;

19 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) subcritical extract. (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.

20 Extracción con fluidos sobrecalentados. Resultados. Orujos J. González-Rodríguez ; P. Pérez-Juan: M.D. Luque de Castro. Anal Bioanal chem (2003) 377: 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-pcresol; 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.

21 Extracción con fluidos sobrecalentados. Resultados. Sarmientos Trabajo iniciado a finales 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/v ºC, 40 atm, 50 min 3. 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 gammatocoferol y los fitoesteroles stigmaterol, y campesterol. H 2 O, 120ºC, 40 atm, 15 min = IPT 225 Etanol 60% v/v, 120ºC, 40 atm, 15 min = IPT 652

22 Extracción con fluidos sobrecalentados. Resultados. Orujos Trabajo iniciado en Objetivo: capacidad antioxidante de los extractos de pepitas y hollejos. Metodología: 1. Etanol al 40% v/v, 160ºC, 40 atm, 50 min, ph = 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: flavonoides no tánicos, taninos condensados, fenoles simples y taninos hidrolizables. La primera fracción contiene casi el 75% de dicha actividad.

23 Extracción con fluidos sobrecalentados. Resultados. Aceite pepitas Trabajo finalizado en abril Objetivo: aplicación de la extracción con fluidos sobrecalentados a la extracción de aceite de pepita. Metodología: 1. Contraste con sistema Soxhlet: hexano y 60 minutos 2. Condiciones subcríticas: hexano; 80ºC; 40 atm; 10 minutos 3. 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 %).