La extracción con fluidos supercríticos (SFE) se basa en el empleo de disolventes a temperaturas y presiones por encima de su punto crítico, condiciones en las que los fluídos supercríticos adquieren propiedades intermedias entre las de los gases y las de los líquidos (ver Figura I.2). Esta técnica ha sido empleada para la extracción de una gran variedad de compuestos interesantes a partir de alimentos (Herrero y col., 2010; Mendiola y col., 2007), plantas y algas (Herrero y col., 2006).
_Horno Venteo al exterior Nitrógeno Bomba Agua Extracto Deshecho Celda de extracción Etanol Hexano
Una de las características más apreciadas de la SFE es el reducido empleo de disolventes tóxicos.
En cuanto a tipos de disolventes, el dióxido de carbono es el más utilizado debido a sus moderadas temperatura (31.3ºC) y presión (72.9 atm) críticas. El bajo coste del CO2, resultante de su abundancia y facilidad de obtención y de recuperación,
compensa en parte los mayores costes del equipamiento necesario para comprimirlo y mantenerlo en condiciones supercríticas. El CO2 es un disolvente medioambientalmente
limpio, considerado GRAS y, por tanto, susceptible de ser utilizado por la industria alimentaria. Cuando el CO2 está sometido a condiciones supercríticas presenta una baja
viscosidad y una alta difusividad, que le permite penetrar en materiales sólidos porosos de manera más efectiva. La transferencia de materia es más rápida, por lo que las extracciones duran minutos frente a los largos procesos de extracción convencionales. Además, si se varía la presión y la temperatura dentro de la región supercrítica se modifica la densidad del CO2 (ver Figura I.5). Esta propiedad permite controlar la
capacidad de extracción del CO2 puesto que en función de su densidad será capaz de
extraer de una misma matriz distintos tipos de compuestos. Esta característica hace que el CO2 supercrítico sea particularmente útil para la extracción selectiva de diferentes
compuestos de una muestra compleja como son los alimentos y las matrices naturales. Otra característica importante de esta técnica, cuando se lleva a cabo la extracción con CO2 supercrítico, es la posibilidad de obtener extractos sin disolvente, ya que una vez
finalizado el proceso de extracción, los compuestos disueltos en CO2 supercrítico se
pueden separar fácilmente por simple despresurización del sistema con la consiguiente evaporación del CO2 sin dejar residuos, con lo que se elimina el posterior proceso de
concentración, minimizando así la pérdida de compuestos volátiles y lábiles. Estas interesantes propiedades son las responsables del gran uso del CO2 supercrítico para la
Figura I.5. Variación de la densidad en función de la presión y temperatura en la proximidad del punto crítico. PR, TR, ρR son las variables reducidas (PR=P/PC, TR=T/TC y ρR=ρ/ρC).
Una limitación del CO2 supercrítico es su carácter apolar, por lo que
generalmente se emplea para la extracción de compuestos de polaridad baja; esta desventaja se puede compensar parcialmente empleando pequeñas proporciones de algun disolvente orgánico más polar junto con el CO2. El empleo de estos cosolventes o
modificadores (como etanol, metanol, o acetona, entre otros) permite la extracción selectiva de compuestos de mayor polaridad, incrementándose así el número de potenciales aplicaciones de la SFE.
Los elementos instrumentales mínimos que debe incluir un equipo de extracción supercrítica se pueden ver en el esquema de la Figura I.6. El CO2 líquido procedente de
la botella es impulsado por la bomba hacia la celda de extracción. El CO2 puede
mezclarse con un modificador que es, a su vez, impulsado por su correspondiente bomba. Una vez mezclados, el fluido resultante se calienta a la temperatura de extracción y se introduce en la celda de extracción, donde se encuentra la materia prima a extraer, y donde se alcanza la presión de trabajo. La celda de extracción se encuentra termostatizada para poder operar en condiciones de temperatura controlada (superior a la temperatura crítica). Los componentes de la materia prima disueltos o arrastrados por el CO2 precipitan en la celda de expansión debido a la disminución del poder solvente
Figura I.6. Esquema básico de un equipo de Extracción con Fluidos Supercríticos.
Debido a que los alimentos suelen ser mezclas altamente complejas, lo más habitual es que los extractos obtenidos también lo sean. Por ello es muy frecuente tener que realizar un fraccionamiento de extractos. El fraccionamiento en condiciones supercríticas consiste en una despresurización en cascada empleando dos o más separadores en los que se disminuye la presión y/o la temperatura secuencialmente, provocando la consiguiente precipitación en cascada de los compuestos extraídos en cada uno de los separadores, donde se produce una disminución de densidad (disminución del poder disolvente).
Probablemente, el uso más extendido de la SFE es en el campo de los alimentos. La industria alimentaria está siempre buscando la mejor tecnología de separación para obtener compuestos naturales de alta pureza, productos saludables de alta calidad con varias aplicaciones industriales. SFE ha sido muy utilizado para la extracción de aceites esenciales (Sahena y col., 2009; Freitas y col. 2008; Gouveia y col., 2007; Abbasi y col., 2008), ácidos grasos (Guil-Guerrero y col., 2008; Gouveia y col., 2007), y/o compuestos bioactivos (Ligor y col., 2008; Liza y col., 2010; Casas y col., 2009; Herrero y col., 2010; Klejdus y col., 2009; Goli y col., 2005) a partir de frutas y vegetales. La SFE también ha sido muy empleada para la extracción de ingredientes funcionales a partir de macro- y micro-algas, como son ácidos grasos (Sajilata y col., 2008), carotenoides y otros pigmentos (Rodriguez-Meizoso y col, 2008; Macías-
Sánchez y col., 2009; Kitada y col., 2009), compuestos volátiles (Hattab y col., 2007) y compuestos fenólicos (Klejdus y col., 2009).