Resumen

En este trabajo se estudiaron diferentes métodos para la extracción de aceite esencial (AE) de eucalipto. Se evaluaron dos procesos de hidrodestilación con diferentes fuentes de calor, un sistema de hidrodestilación convencional (HD) calentado mediante una manta eléctrica y el uso de un sistema de extracción asistida por microondas (EAM), y los resultados obtenidos se compararon con los observados en sistemas de extracción con suministro directo de vapor (hidrodestilación con inyección de vapor y arrastre de vapor). Los perfiles de temperatura y las cinéticas de extracción obtenidas en cada condición probada se ajustaron a un modelo dinámico con el fin de evaluar el papel de los patrones de calentamiento en la eficiencia de cada proceso estudiado. El vapor generado y la eficiencia de la condensación se determinaron mediante un balance de energía dentro del sistema de enfriamiento. Se evaluó también el impacto ambiental de cada proceso, para lo que se calculó el Eco-indicador I99 de los procesos estudiados; este eco-indicador considera el consumo de agua, así como las necesidades de energía de calefacción y refrigeración. Se determinó el efecto de diferentes variables del proceso sobre las velocidades de calentamiento, la generación de vapor, los requisitos de enfriamiento, el impacto ambiental y el rendimiento obtenido, para el caso de la HD con manta de calentamiento y EAM, considerando como variables la relación sólido / líquido (1: 1, 1: 3 o 1: 5), la velocidad de agitación (0, 200 o 400 rpm) y la potencia de salida de microondas para el sistema EAM (360, 450 o 540 W). Los rendimientos máximos obtenidos fueron 1.26% ± 0.01%, 1.19% ± 0.01% y 1.06 ± 0.27 % para EAM, HD y HD con suministro de vapor, respectivamente. Las velocidades de generación de vapor entre 4.8 y 8.8 g / min favorecen la extracción de AE durante EAM mientras que para HD los mejores rendimientos se observaron entre 3.5 y 3.76 g / min. En el caso de la HD con vapor se trabajó con un flujo de vapor de 6.7 ± 0.76 g/min. En términos de impacto ambiental, el valor más bajo de EI99 (6.93 ± 0.1 mPT / g AE) se encontró para el experimento operado a 450 W, 1: 1 g / ml y 400 rpm en EAM que corresponde al caso con bajo contenido de agua, mayor rendimiento y bajo requerimiento de energía, para HD el valor de impacto más bajo fue de 16.9 ± 0.3 mPT / g AE, mientras que para la HD con vapor fue de 50.86 ± 13.2 mPT/g AE, lo cual corrobora las ventajas de las tecnologías de extracción emergentes respecto a las convencionales. Finalmente, para la EAM se llevó a cabo un experimento de temperatura controlada en las condiciones óptimas de velocidad de calentamiento; en este caso, la salida de potencia de microondas óptima se corresponde con el mínimo requerido cuando EAM se opera a temperatura constante.

Abstract. In this work, different extraction methods were studied for the extraction of eucalyptus essential oil (EO). First, two hydrodistillation processes with different heating sources, an electric mantle for conventional hydro-distillation (HD) and microwave irradiation for microwave-assisted extraction (MAE). The obtained results were compared to those observed for two extraction systems with direct steam supply, hydrodistillation with steam injection and steam distillation Temperature profiles and extraction kinetics of each tested condition were fitted to a dynamic model in order to evaluate the role of heating patterns for each studied process. The steam generated and condensing effectiveness were determined through an energy balance within the cooling system. To calculate the environmental impact, the Eco-indicator EI99 was computed for each extraction condition; this eco-indicator considers the waste of water as well as heating and cooling energy requirements. The effect of different process variables such as solid/liquid ratio (1:1, 1:3, or 1:5), stirring speed (0, 200, or 400 rpm), and power microwave output for MAE system (360, 450, or 540 W) on heating velocities, steam generation, cooling requirements, environmental impact, and obtained yield were assessed. The maximum obtained yields were 1.26% ± 0.01%, 1.19% ± 0.01% and 1.06 ± 0.27 % for MAE, HD, and steam HD, respectively. Steam generation velocities between 4.8 and 8.8 g/min favor extraction of EO during MAE while for HD the best performances were observed between 3.5 and 3.76 g/min. In case of steam HD, a steam flow of 6.7 ± 0.76 g/min was used. In terms of environmental impact, the lowest EI99 value (6.93 ± 0.1 mPT/g EO) was found for experiment operated at 450 W, 1:1 g/ml, and 400 rpm in MAE that corresponds with a low water content, large yield, and low energy requirement, in HD the lowest impact value was 16.9 ± 0.3 mPT/g EO, while for steam HD was 50.86 ± 13.2 mPT/g EO, which confirms the advantages of emergent technologies for EO extraction. Finally, for the MAE a controlled temperature experiment was carried out under the optimal conditions of heating rate; in this case, optimal microwave power output corresponds with the minimum required when MAE is operated at constant temperature.

 

Palabras clave: extracción de aceites esenciales, perfiles de calentamiento, modelación de cinética de extracción.

Documento completo (archivo pdf, 884 kb)

Índice de contenido

Portada

Índices

Capítulo 1. Introducción

Capítulo 2. Objetivos

Capítulo 3. Justificación

Capítulo 4. Marco Teórico

Capítulo 5. Materiales y métodos

Capítulo 6. Resultados y discusión

Capítulo 7. Conclusiones y recomendaciones

Referencias

Documento completo (archivo pdf, 884 kb)

Lainez Cerón, E. 2021. Modelación de las cinéticas de extracción y perfiles de calentamiento en diferentes sistemas de extracción de aceites esenciales. Tesis Doctorado. Ciencia de Alimentos. Departamento en Ingeniería Química, Alimentos y Ambiental, Escuela de Ingeniería, Universidad de las Américas Puebla. Diciembre. Derechos Reservados © 2021.