Modelado de extracción Sólido-Líquido de ácido carnósico en operaciones semicontinuas y continuas

BENELLI, FEDERICO EZEQUIEL; TURCO, MAURICIO DANIEL; SEVERINI, HERNÁN; ROMERO, PAULO FABIÁN; MARINO, BIBIANA ANDREA; FERNANDEZ TROTTA, ANDREA

Congreso; CAIQ2019 - Congreso Argentino de Ingeniería Química; 2019

Asociación Argentina de Ingenieros Químicos

El ácido carnósico es un metabolito secundario fenólico diterpeno que se encuentra en las hojas de romero (Rosmarinus officinalis) y la salvia común(Salvia officinalis), siendo la primera especie la que en la actualidad es utilizada como fuente ácido carnósico. Este presenta propiedadesantioxidantes y antimicrobianas que lo vuelven un producto de interés para la industria alimenticia, así como también para la salud, nutrición ycosmética. Sus propiedades antioxidantes son de sumo interés debido a que presenta mayor actividad que algunos de los antioxidantes sintéticosmás utilizados como butil hidroxitolueno (BHT) y butil hidroxianisol (BHA) y mayor resistencia a altas temperaturas que otros compuestos fenólicosditerpénicos. Dichas propiedades antioxidantes proveen además efectos fotoprotectores ante oxidación mediada por radiación UV en fibroblastosdérmicos humanos y resultan de interés en salud, junto con propiedades anticarcinogénicas, antitumorales, antiadipogénicas, antiinflamatorias, entreotras.[1]En el presente trabajo, se aplicó un modelo matemático para estimar las concentraciones de ácido carnósico en un extracto líquido en función de lasdimensiones del equipo de extracción y los caudales volumétricos de la materia prima y el solvente para operaciones en batch, semicontinuas ycontinuas con el fin de comparar las mismas. El modelo se derivó a partir de los balances de masa para cada fase, en un volumen diferencial delequipo en los casos de las operaciones semicontinuas y continuas, y las ecuaciones de transferencia de masa. Para la aplicación del modelomatemático se obtuvieron experimentalmente valores de difusividad efectiva dentro del sólido mediante extracciones en batch tomando muestras adistintos tiempos y la relación de equilibrio entre las concentraciones en las fases sólida y líquida realizando múltiples extracciones en batch adistintas relaciones masa-solvente y reiteradas extracciones reutilizando el solvente hasta la limitación del mismo; las concentraciones en la faselíquida fueron determinadas por HPLC (High Performance Liquid Chromatography) con detector UV y las concentraciones en la fase sólida seobtuvieron por diferencia en función de la masa extraída. Las propiedades de transporte en la fase líquida se calcularon utilizando los númerosadimensionales de Reynolds, Schmidt, Peclet y Sherwood, donde los últimos dos fueron calculados en función de regresiones para cada tipo deoperación en función de los restantes; la difusividad del soluto en el líquido, necesaria para el cálculo del número de Schmidt y el coeficiente detransferencia de masa en la capa límite, se calculó mediante la ecuación de Einstein-Stokes; los valores de difusividad efectiva en el sólido secalcularon según [2], el coeficiente de transferencia de masa global se estimó inicialmente según las relaciones con la difusividad en el sólido y elnúmero de Sherwood de fase sólida definido por Spaninks [3]. Las ecuaciones de balances de masa fueron resueltas utilizando el softwareMathCAD, a partir del valor inicial del coeficiente global de transferencia de masa, este se corrigió mediante un método de dicotomía para que elmodelo ajuste más adecuadamente a los valores experimentales realizados en batch, se obtuvo un error porcentual < 10%. En el caso defuncionamiento semicontinuo se consideró una columna llena de solvente saturado el cual es desplazado por solvente puro y la materia prima seencuentra en forma de lecho empacado en el equipo, debido a que el tiempo de residencia del solvente puede verse afectado por dispersión axial secalculó un tiempo de residencia tal que el rendimiento de extracción calculado en base a la pérdida de masa en el sólido sea igual al rendimientocalculado en base a la relación entre la cantidad extraída por solvente saliente de la columna y la masa inicial; de igual manera se modelaroncolumnas funcionando en serie, donde la diferencia radicó en que la concentración ingresante de cada columna era igual a la saliente de la columnaanterior. En el caso de un equipo funcionando de manera continua se consideró que este inicialmente se encontraba con materia prima a suconcentración inicial y con solvente puro en todo el largo del extractor.El desarrollo de estos modelos permitió que, a partir de un número mínimo de datos experimentales, se realice una comparación significativa entrelos distintos tipos de extractores, facilitando la toma de decisión sobre que equipo es conveniente utilizar.Referencias:[1] Simona Birtić, Pierre Dussort, François-Xavier Pierre, Antoine C. Bily, Marc Roller. Carnosic acid. Phytochemistry. Volume 115. Pages 9-19. 2015[2] Siripatana, Chairat. Solute diffusion in fruit, vegetable and cereal processing I: Simplified solutions for diffusion in anomalous shapes.Songklanakarin Journal of Science and Technology. 1997[3] Spaninks, J. A. M.. Design Procedures for Solid-Liquid Extractors and the effect of hydrodynamic instabilities on extractor performance. 1979