Extracción con agua subcrítica de antraquinonas de Heterophyllae pustulata Hook f. (Rubiaceae).

M.F. BARRERA VÁZQUEZ; COMINI LR .; R.E.MARTINI; NUÑEZ MONTOYA, S. C.; S. BOTTINI; CABRERA , J.L

Córdoba

Congreso; III REUNIÓN INTERDISCIPLINARIA DE TECNOLOGÍA Y PROCESOS QUÍMICOS; 2014

Las antraquinonas (AQ) son un importante grupo de metabolitos secundarios presentes en diversas especies vegetales (Wijnsma et al. ,1986). Nuestro grupo de investigación ha iniciado el estudio químico de la Heterophyllae pustulata Hook (Rubiaceae), una especie vegetal de América del Sur popularmente conocido como "cegadera". Las AQs mayoritarias que se aislaron e identificaron de las partes aéreas de esta planta son: rubiadina, soranjidiol y 1-metil-éter rubiadina. Además estas AQs presentan una importante actividad anti-bacterianas, anti-virales y anti-cáncer (Nuñez Montoya et al.,2003; Nuñez Montoya et 2005; Comini et al, 2007; Comini et al.2011). Debido a las múltiples aplicaciones biológicas de estas AQs y su amplia gama de aplicaciones en la industria farmacéutica, es de gran interés la optimización de los procesos de extracción de estos compuestos. Estos compuestos son generalmente extraídos de la matriz vegetal mediante Soxhlet con sucesivas extracciones de solventes de polaridad creciente, comenzando con hexano, después con benceno, acetato de etilo y finalmente etanol (Nuñez Montoya et al., 2003). Sin embargo, esta técnica presenta un bajo rendimiento de extracción, alto consumo del tiempo e implica gran cantidad de disolventes tóxicos.Por esta razón, la extracción con agua subcrítica se evaluó como un método alternativo y amigable con el medio ambiente para el aislamiento de AQ de H. pustulata. En este trabajo se estudio el efecto de la temperatura (120, 170 y 220ºC), el caudal (3, 5 y 7 ml/min) y la presión (45, 60 y 75 bar) sobre el rendimiento de AQs. MÉTODOS El equipo de extracción de agua subcrítica consiste en una celda de extracción de acero inoxidable de 10 ml, equipada con sistema de calefacción e instalada en una cámara térmicamente aislada. El sistema cuenta además con un serpentín de precalefacción para el acondicionamiento del fluido previo al extractor. La circulación del fluido de extracción se realiza mediante una bomba de alta presión Waters 501. La presión del extractor es medida a través de un sensor de presión y regulada a través de una válvula de control. La celda de extracción se carga con 1 g de tallos de H. pustulata y la temperatura se establece al valor deseado de funcionamiento (120-220 ºC). Cuando se alcanza la temperatura de operación, la extracción comienza a una velocidad de flujo constante (3-7 ml/min). La presión del sistema se ajusta a la condición deseada (45-75 bar) mediante la válvula reguladora de presión para asegurar que el agua se encuentre en estado líquido a las temperaturas ensayadas. El extracto se va recogiendo en diversas fracciones en frascos colectores. Finalmente, los extractos se evaporaron al vacío y la concentración de Rubiadina, soranjidiol y 1-metil éter Rubiadina se determinó por cromatografía líquida de alta resolución (HPLC ). RESULTADOS Y DISCUSIÓN Los principales factores que afectan al rendimiento de AQs son la temperatura, caudal y presión. Como se muestra en la fig. 2, el aumento de la temperatura causa un incremento en el rendimiento de las AQs. Se puede observar que a 170ºC, se obtiene el mayor rendimiento de AQs, debido principalmente a que un aumento en la temperatura ocasiona una disminución en la polaridad del agua aumentando la solubilidad de compuestos no polares con el agua. Adicionalmente, un incremento de la temperatura produce un incremento en la difusión y una disminución de la viscosidad y tensión superficial, fenómenos que favorecen también al rendimiento de la extracción (Kronholm J. et al. 2007). Sin embargo, se puede observar que a 220 °C el rendimiento disminuye provocado por una posible degradación de los compuestos de interés (Teixeira Sousa et al. 2012). Fig. 1. Efecto de la temperatura en la extracción con agua subcrítica sobre el rendimiento de AQs (5ml/min y 60 bar). El efecto de los diferentes caudales sobre el rendimiento de AQs se muestra en la fig. 3, y se puede observar claramente que el rendimiento de AQs es proporcional al incremento del caudal, debido a una consecuente mayor transferencia de masa del analito de la matriz al solvente. Además, al incrementar el flujo de agua incrementa también el volumen total de solvente utilizado para la extracción (Kronholm J. et al. 2007). Fig. 2. Efecto del caudal en la extracción con agua subcrítica sobre el rendimiento de AQs, a 170ºC y 60 bar. El efecto de la presión sobre las propiedades físicas del agua presurizada es limitado en comparación con la temperatura. En general los líquidos son incompresibles en la región subcrítica, y por lo tanto el poder de solvatación y la densidad varía muy poco con incrementos de presión. Comúnmente, la presión se mantiene elevada para mantener el agua en estado líquido a la temperatura aplicada. De este modo, en la Fig. 3 se puede observar que la presión tiene poco efecto sobre el rendimiento de la extracción, entre 45 y 60 bar. Sin embargo cuando se aumenta a 75 bar se observa que el rendimiento de AQs disminuye. Esta disminución del rendimiento por un incremento en la presión se puede deber a una mayor compactación de la matriz sólida, obstaculizando el flujo del solvente a través del lecho. (Kronholm J. et al. 2007). Fig. 3. Efecto de la presión en la extracción con agua subcrítica sobre el rendimiento de AQs (5ml/min y 170ºC) CONCLUSIONES De acuerdo al análisis realizado, las condiciones óptimas de extracción son temperatura 170ºC, caudal de agua 7 ml/min y 60 bar. A partir de estos resultados, se podría sugerir que la extracción con agua subcrítica es un método alternativo para la extracción de AQs de H. pustulata. Además, es importante señalar que el rendimiento de AQs obtenido en la extracción con agua subcritica en las condiciones optimas es casi seis veces más que el rendimiento obtenido mediante la extracción tradicional, Soxhlet, usando disolventes de polaridad creciente, comenzando con hexano, seguido por el benceno, acetato de etilo y etanol (Barrera Vázquez et al. 2014). REFERENCIAS Barrera Vázquez M.F., Comini L, Martini R., Núñez Montoya S., Bottini S., Cabrera J.L., Ultrasonics Sonochemistry 21 (2014) 478?484 Comini L.R., Núñez Montoya S.C., Sarmiento M, Cabrera J.L., Argüello G.A., J. of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry 188 (2007). 185-191. Comini L.R, Núñez Montoya S.C., Paéz P.L., Argüello, I. Albesa G.A., Cabrera J.L., J. of Photochemistry and Photobiology B: Biology 102, (2011) 108-114 Kronholm J, Hartonen K, Riekkola M., Trends in Analytical Chemistry 26 (2007) 5. Nuñez Montoya S.C.N., Agnese A.M, Pérez C., Tiraboschi I.N., Cabrera J.L, Phytomedicine 10 (2003) 569-574. Núñez Montoya S.C.N, Comini L.R, Sarmiento M.,. Becerra C, Albesa I, Argüello A., Cabrera J.L, J. of Photochemistry and Photobiology B: Biology 78 (2005) 77-83. Teixeira Sousa E., Melo da Silva M., de Andrade S, Pedra Cardoso M., Almeida Silva L., de Andradea J., Thermochimica Acta 529 (2012) 1?5 . Wijnsma R., Verpoorte R., in: W. Herz, H. Grisebach, G.W. Kirby, Ch. Tamm (Eds.), Prog. Chem. Org. Nat. Prod., vol. 49, Springer-Verlag,Wien, 1986, pp. 79?149).