EXTRACCIÓN Y PURIFICACIÓN DE COMPUESTOS FENÓLICOS A …

Departamento de Ingeniería Química

EXTRACCIÓN Y PURIFICACIÓN DE COMPUESTOS FENÓLICOS A

PARTIR DE SUBPRODUCTOS DE DESTILERÍA DE VINO

Mª Luisa Soto Álvarez

Ourense, 2015

TESIS DOCTORAL

PRESENTADA POR:

EXTRACCIÓN Y PURIFICACIÓN DE COMPUESTOS

FENÓLICOS A PARTIR DE SUBPRODUCTOS DE

DESTILERÍA DE VINO

Mª Luisa Soto Álvarez

Junio de 2015

para optar al grado de Doctor por la

Universidad de Vigo

. . , . . . , . universidad,Vigo Caiill,iis de Ourense Tel. 988 38 700 .. . , .~.

32004 Oiirciisc Fax 988 387 001 .. . . 5~ Espafia fcoii.iivigo.es

sdefco@uvi~o.es

Da Herminia Domínguez González, Catedrática de Universidad, y D. Andrés Moure Varela, Profesor

Contratado Doctor, del Departamento de Ingeniería Química de la Universidad de Vigo, con destino

en la Facultad de Ciencias de Ourense y Da. María José Núñez García, Catedrática de Universidad

del Departamento de Ingeniería Química de la Universidad de Santiago de Compostela,

INFORMAN:

Que la memoria titulada "Extracción y purificación de compuestos fenólicos a partir de

subproductos de destilería de vino" que, para optar al grado de Doctor por la Universidade de Vigo,

presenta Da. María Luisa Soto Álvarez, ha sido realizada en el laboratorio de Ingeniería Química de

la Facultad de Ciencias de Ourense bajo nuestra dirección, y considerando que constituye trabajo de

Tesis Doctoral, autorizamos su presentación en la Universidade de Vigo.

Ourense, Junio de 2015.

Fdo. H ez González Fdo. Andrés Moure Varela Fdo. M

AGRADECIMIENTOS

Todo toca a su fin y después de todos estos años, deseo expresar mi más sincero

agradecimiento:

A Herminia, por su amistad incondicional y por creer siempre en

mí, que sin su constancia y perseverancia nunca me hubiera

puesto a empezar ni a terminar.

A Andrés, el amigo, artífice de gran parte de este documento, por

su gran trabajo y por soportarme todo este tiempo.

A Elena, la amiga, que con su forma de ser y de hacer, y su

constante apoyo en esta última etapa, siempre hizo que viera la

botella medio llena.

A los tres, por sus valías profesionales ¡qué son incuestionables!

y de las cuales tengo el gran placer de disfrutar.

A las chicas/os del laboratorio, por un trabajo bien hecho y a todo

el grupo EQ2 por lo bien que siempre me trataron.

A todos mis amigos y compañeros.

Y por supuesto a mi familia, sobre todo a mis padres, sin los

cuales “esto” nunca podría haber sido.

¡Muchas GRACIAS!

Índice

Indice general

IX

1. INTRODUCCIÓN ................................................................................................... 1

1.1. RESIDUOS DE LA INDUSTRIA VINÍCOLA .......................................................... 3

1.1.1. Residuos agroindustriales ................................................................................... 3

1.1.2. Residuos de la industria vinícola ......................................................................... 5

1.1.2.1. Bagazo y residuos prensados...................................................................... 7

1.1.2.2. Raspones de uva......................................................................................... 8

1.1.2.3. Hojas de vid ................................................................................................. 9

1.1.2.4. Lías de vinificación ...................................................................................... 9

1.2. COMPUESTOS FENÓLICOS COMO ANTIOXIDANTES NATURALES ............... 9

1.2.1. Generalidades..................................................................................................... 9

1.2.2. Compuestos fenólicos de la uva y subproductos ............................................... 13

1.2.2.1. Ácidos fenólicos ........................................................................................ 14

1.2.2.2. Flavonoides ............................................................................................... 15

1.2.3. Actividad biológica de los compuestos polifenólicos de las uvas ....................... 18

1.3. EXTRACCIÓN Y RECUPERACIÓN DE ANTIOXIDANTES NATURALES .......... 20

1.3.1. Extracción con disolventes líquidos ................................................................... 20

1.3.2. Autohidrólisis .................................................................................................... 21

1.3.2.1. Tratamiento hidrolítico de los materiales lignocelulósicos .......................... 21

1.3.2.2. Fundamento de los procesos de autohidrólisis .......................................... 23

1.3.3. Adsorción ......................................................................................................... 24

1.3.3.1. Mecanismo general de la adsorción .......................................................... 26

Extracción y purificación de compuestos fenólicos a partir de…

X

1.3.3.2. Factores que influyen en la adsorción ........................................................ 27

1.4. INTERÉS DE LOS ANTIOXIDANTES NATURALES DE UVA Y VINO EN

COSMÉTICA ....................................................................................................... 31

2. OBJETIVOS Y PLAN DE TRABAJO ........................................................... 39

2.1. OBJETIVOS .............................................................................................. 39

2.2. PLAN DE TRABAJO ................................................................................. 40

2.2.1. Producción de lotes homogéneos ...................................................................... 40

2.2.1.1. Producción de lotes de licores de prensado de bagazos de alcoholera...... 40

2.2.1.2. Producción de lotes de licores de autohidrólisis del bagazo destilado ........ 41

2.2.2. Selección de adsorbentes comerciales .............................................................. 41

2.2.2.1. Selección de carbones activos comerciales ............................................... 41

2.2.2.2. Selección de resinas poliméricas no iónicas comerciales........................... 41

2.2.2.3. Evaluación de las condiciones de operación con los adsorbentes

seleccionados ........................................................................................... 42

2.2.3. Evaluación de las propiedades antioxidantes y sensoriales de los extractos ..... 42

2.2.3.1. Determinación de la protección de productos cosméticos frente a la

oxidación ................................................................................................... 42

2.2.3.2. Evaluación sensorial y aceptación por parte de los consumidores de

productos cosméticos................................................................................ 42

3. MATERIALES Y MÉTODOS ........................................................................ 45

3.1. MATERIALES ...................................................................................................... 45

3.1.1. Materias primas empleadas ............................................................................... 45

3.1.1.1. Bagazos de destilería ................................................................................. 45

Indice general

XI

3.1.1.2. Astillas de madera de Pinus pinaster ......................................................... 45

3.1.1.3. Flores de Acacia dealbata ......................................................................... 45

3.1.1.4. Shiitake (Lentinus edodes) ........................................................................ 45

3.1.2. Licores y extractos ............................................................................................ 46

3.1.2.1. Licores ....................................................................................................... 46

3.1.2.2. Extractos ................................................................................................... 46

3.1.3. Adsorbentes ...................................................................................................... 48

3.1.3.1. Carbón activo ............................................................................................ 48

3.1.3.2. Resinas poliméricas no iónicas .................................................................. 48

3.1.4. Formulación de cosméticos............................................................................... 49

3.1.4.1. Cosméticos para evaluación de la estabilidad oxidativa ............................ 49

3.1.4.2. Cosméticos para la evaluación sensorial ................................................... 51

3.2. METODOLOGÍA EXPERIMENTAL ..................................................................... 53

3.2.1. Prensado y lavado de los bagazos .................................................................... 53

3.2.2. Solubilización y recuperación de compuestos fenólicos .................................... 53

3.2.2.1. Tratamiento hidrotérmico no isotermo (Autohidrólisis) ............................... 53

3.2.2.2. Proceso de adsorción en resinas y carbones activos ................................ 55

3.2.2.3. Desorción .................................................................................................. 61

3.3. TÉCNICAS ANALÍTICAS .................................................................................... 63

3.3.1. Determinación de humedad .............................................................................. 63

3.3.2. Contenido en sólidos o peso seco..................................................................... 63


XII

3.3.3. Determinación del rendimiento de extracción en Soxhlet ................................... 64

3.3.4. Determinación del contenido en cenizas ........................................................... 64

3.3.5. Determinación de compuestos fenólicos. Método de Folin-Ciocalteu ................ 65

3.3.6. Determinación de los azúcares totales. Método de la Antrona. .......................... 66

3.3.7. Determinación de polifenoles mediante Cromatografía Líquida de Alta

Eficacia (CLAE, HPLC) ...................................................................................... 67

3.3.8. Determinación de volátiles mediante Cromatografía de Gases-MS ................... 68

3.3.9. Grado de polimerización de procianidinas ......................................................... 68

3.3.10. Determinación de actividad antioxidante.......................................................... 69

3.3.10.1. Captación del radical DFPH ..................................................................... 69

3.3.10.2. Determinación de la actividad antioxidante, TEAC (Trolox Equivalent

Antioxidant Capacity, Actividad Antioxidante Equivalente a Trolox) ........ 70

3.3.10.3. Poder antioxidante de reducción del hierro o FRAP (Ferric

Reducing Antioxidant Power) .................................................................. 71

3.3.10.4. Poder reductor ......................................................................................... 72

3.3.11. Protección frente a la oxidación ....................................................................... 73

4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN .............................................................................. 77

I. RECUPERACIÓN Y CONCENTRACIÓN DE ANTIOXIDANTES DE

RESIDUOS DE LA INDUSTRIA VINÍCOLA ....................................................... 77

4.1. EMPLEO DE CARBÓN ACTIVO ..................................................................... 77

4.1.1. Resumen ...................................................................................................... 77

4.1.2. Introducción .................................................................................................. 77

4.1.3. Materiales y métodos .................................................................................... 79

Indice general

XIII

4.1.3.1. Materiales ........................................................................................... 79

4.1.3.2. Absorción ........................................................................................... 80

4.1.3.3. Experimentos en columna .................................................................. 81

4.1.3.4. Métodos de análisis ............................................................................ 81

4.1.4. Resultados y discusión ................................................................................. 82

4.1.4.1. Cinética de adsorción de LPBD .......................................................... 82

4.1.4.2. Isotermas de equilibrio del proceso de adsorción ............................... 86

4.1.4.3. Experimentos de adsorción-desorción en columna ............................. 93

4.1.5. Conclusiones. ............................................................................................... 96

4.2. EMPLEO DE RESINAS POLIMÉRICAS NO IÓNICAS. ....................................... 97

4.2.1. Introducción .................................................................................................. 97

4.2.2. Selección de resinas y operación en discontinuo ......................................... 99

4.2.2.1. Resumen ............................................................................................ 99

4.2.2.2. Objetivos .......................................................................................... 100

4.2.2.3. Materiales y métodos ........................................................................ 101

4.2.2.3.1. Materiales ............................................................................... 101

4.2.2.3.2. Métodos analíticos .................................................................. 101

4.2.2.4. Resultados y discusión ..................................................................... 102

4.2.2.4.1. Adsorción de antioxidantes en resinas poliméricas

no iónicas ............................................................................... 102

4.2.2.4.2. Optimización del proceso de desorción de antioxidantes ........ 107

4.2.2.4.3. Composición fenólica y grado de polimerización ..................... 115


XIV

4.2.2.4.4. Conclusiones ........................................................................... 117

4.2.3. Estudios dinámicos en columnas de lecho fijo ............................................ 118

4.2.3.1. Adsorción en columnas de lecho fijo ................................................. 118

4.2.3.1.1. Resumen ............................................................................ 118

4.2.3.1.2. Objetivos ............................................................................. 118

4.2.3.1.3. Materiales y métodos .......................................................... 119

4.2.3.1.3.1. Materiales ................................................................. 119

4.2.3.1.3.2. Metodología experimental ......................................... 119

4.2.3.1.4. Resultados y discusión ....................................................... 121

4.2.3.1.5. Conclusiones ...................................................................... 138

4.2.3.2. Desorción en columnas de lecho fijo ............................................ 139

4.2.3.2.1. Resumen ............................................................................ 139

4.2.3.2.2. Objetivos ............................................................................. 139

4.2.3.2.3. Materiales y métodos .......................................................... 139

4.2.3.2.3.1. Materiales ................................................................. 139

4.2.3.2.3.2. Métodos analíticos .................................................... 140

4.2.3.2.4. Resultados y discusión ....................................................... 142

4.2.3.2.5. Conclusiones ...................................................................... 154

II. APLICACIONES COSMÉTICAS ........................................................................... 155

4.3. PROTECCIÓN DE LA OXIDACIÓN ACELERADA EN COSMÉTICOS ............. 155

4.3.1. Resumen .................................................................................................... 155

Indice general

XV

4.3.2. Introducción ................................................................................................ 155

4.3.3. Materiales y métodos ................................................................................. 156

4.3.4. Resultados y discusión ............................................................................... 157

4.3.4.1. Ensayos químicos para determinación in vitro de

actividad antioxidante .................................................................. 158

4.3.4.2. Actividad antioxidante en sistemas celulares ............................... 158

4.3.4.3. Pruebas de irritabilidad dérmica ................................................... 159

4.3.4.4. Actividad antioxidante en emulsiones y aceites ............................ 160

4.3.5. Conclusiones .................................................................................................. 167

4.4. EVALUACIÓN SENSORIAL DE COSMÉTICOS ............................................... 169

4.4.1. Resumen ...................................................................................................... 169

4.4.2. Introducción .................................................................................................. 169

4.4.3. Materiales y métodos .................................................................................... 171

4.4.4. Resultados y discusión ................................................................................. 173

4.4.4.1. Propiedades químicas, físicas y antioxidantesde los extractos .............. 173

4.4.4.2. Evaluación sensorial ............................................................................. 174

4.4.5. Conclusiones ................................................................................................ 183

5. CONCLUSIONES ...................................................................................... 187

6. BIBLIOGRAFÍA ......................................................................................... 191

APÉNDICE ..................................................................................................... 219

Indice figuras

XVII

ÍNDICE DE FIGURAS

FIGURA 1.1. Estructuras de ácidos fenólicos ............................................................................. 14

FIGURA 1.2. Estructuras principales de los flavonoides ............................................................ 15

FIGURA 1.3. Estructura química de los estilbenos ..................................................................... 17

FIGURA 1.4. Diagrama de flujo de un proceso de fraccionamiento de MLC ............................. 22

FIGURA 2.1. Esquema general del plan de trabajo establecido en esta tesis. .......................... 40

FIGURA 3.1. Reactor a presión (Parr Instrument Co., Moline, IL). ............................................ 54

FIGURA 3.2. Perfil de calentamiento y enfriamiento del reactor a presión Parr ........................ 55

FIGURA 3.3. Equipo (Biologic DuoFlowTM

) empleado en sistemas dinámicos de

adsorción-desorción, formado por la estación de bombeo, el detector

Quadtec y el colector Biofrac controlados por el software Biologic Duo de

Bio Rad y detalle de la columna rellena con carbón activo. ................................... 58

FIGURA 3.4. Diseño de Box-Behnken para tres factores. ......................................................... 61

FIGURA 3.5. Recta de calibrado para la determinación de fenoles totales por el método

de Folin Ciocalteau ................................................................................................. 65

FIGURA 3.6. Recta de calibrado para la determinación de azúcares por el método de la

Antrona ................................................................................................................... 66

FIGURA 3.7. Cálculo de la CE50 a partir de los valores del Porcentaje de Inhibición del

radical DPPH para diferentes concentraciones de extracto líquido de lavado

disuelto en metanol. ................................................................................................ 70

FIGURA 3.8. Recta de calibrado para la captación del radical ABTS, expresada como

valor de TEAC ......................................................................................................... 71

FIGURA 3.9. Recta de calibrado para la determinación del poder antioxidante de

reducción del hierro (FRAP) ................................................................................... 72

FIGURA 3.10. Recta de calibrado para el poder reductor .......................................................... 73

FIGURA 4.1. Curvas de adsorción de compuestos fenólicos (mg EAG/g CA) .......................... 83


XVIII

FIGURA 4.2. Linealización para: (a) un modelo cinético de Lagergren, (b) un modelo de

pseudo segundo orden y (c) un modelo de difusión), para muestras de

LPBD empleando carbón activo pulverizado (CAPu), granular (CAG) y

peletizado (CAPe) ................................................................................................... 85

FIGURA 4.3. Isotermas de adsorción de los compuestos fenólicos de LPBD (a) y LABD

(b) sobre carbones comerciales .............................................................................. 87

FIGURA 4.4. Linealización de la ecuación de Langmuir para la adsorción de compuestos

fenólicos de (a) LPBD y (b) LABD .......................................................................... 90

FIGURA 4.5. Linealización de la ecuación de Freundlich para la adsorción de

compuestos fenólicos de (a) LPBD y (b) LABD ...................................................... 91

FIGURA 4.6. Isotermas de adsorción de los compuestos activos como captadores de

radicales ABTS, expesados como TEAC ............................................................... 92

FIGURA 4.7. Representacion esquemática y curva de rotura características de un

proceso de adsorción en columnas de lecho fijo .................................................... 93

FIGURA 4.8. Efecto del ciclo de desorción en la recuperación de compuestos fenólicos

presentes en LPBD y en LABD operando en un lecho de CA granular. La

elución se lleva a cabo con etanol al 96 % a 20 °C y 1 mL/min. Desorción,

alcanzada en el pico principal y en el área total, se expresa como porcentaje

de los compuestos fenólicos adsorbidos ................................................................ 95

FIGURA 4.9. Capacidad de adsorción de compuestos fenólicos de las resinas ensayadas

(a) Sepabeads y (b) Amberlite .............................................................................. 103

FIGURA 4.10. Capacidad de adsorción de resinas comerciales de compuestos con

actividad antioxidante determinada como equivalentes en Trolox desde

efluentes de desechos de bodega sobre diferentes resinas comerciales ............ 104

FIGURA 4.11. Linealización de los datos cinéticos experimentales con los modelos

cinéticos de (a) pseudo primer orden y (b) de pseudo segundo orden

empleando diferentes resinas comerciales .......................................................... 105

FIGURA 4.12. Superficie de respuesta de las funciones objetivo estudiadas para

optimizar la etapa de desorción de (a) compuestos fenólicos, (b) azúcares y

(c) captadores de radicales desde las resinas XAD-16HP, SP207 y HP20 ......... 114

Indice figuras

XIX

FIGURA 4.13. Variación del contenido de (a) compuestos fenólicos y (b) azúcares totales

en las muestras desorbidas desde las resinas XAD-16HP, SP207 y HP20 ........ 115

FIGURA 4.14. Representación de los ajustes realizados a los datos experimentales con

los modelos cinéticos de (a) pseudo-primer y (b) pseudo segundo orden ........... 124

FIGURA 4.15. Curvas de rotura experimentales para eliminación de compuestos

fenólicos en Sepabeads SP207. Efecto de la concentración del efluente ........... 127

FIGURA 4.16. Curvas de rotura experimentales para la eliminación de compuestos

fenólicos en Sepabeads SP207. Efecto de la concentración y del caudal del

efluente ................................................................................................................. 128

FIGURA 4.17. Curvas de rotura experimentales para la eliminación de compuestos

fenólicos en Sepabeads SP207. Efecto de la longitud del lecho ......................... 129

FIGURA 4.18. Comparación de las curvas experimentales y las curvas de rotura

calculadas por el modelo de Bohart-Adams para el efecto del caudal de

influente (a, b, c), de la concentración (a, b) y de la longitud de la columna

(a, c) ...................................................................................................................... 131


calculadas por el modelo de Yoon-Nelson para el efecto del caudal de

influente (a, b, c), de la concentración (a, b) y de la longitud de la columna

(a, c) ...................................................................................................................... 133

FIGURA 4.20. Linealización de los datos experimentales de acuerdo al modelo

experimental de Yoon-Nelson. ............................................................................. 134


calculadas por el modelo de Thomas para: (a) diferentes longitudes de

columna y caudal de influente, (b y c) diferentes concentraciones y caudales.... 137

FIGURA 4.22. Relación entre la concentración de compuestos fenólicos en la solución

alcoholica eluida y la actividad antioxidante como captadora de radicales

ABTS ..................................................................................................................... 144


XX

FIGURA 4.23. Superficie de respuesta para la desorción de compuestos fenólicos

adsorbidos en Sepabeads SP207 en función de la variación de caudal y

temperatura para: (a) una concentración de etanol fijada en 85 %, (b) la

variación de caudal y concentración de etanol para una temperatura fijada

en 40 °C y (c) en función de la temperatura y de la concentración de etanol

para un caudal fijado en 2,5 mL/min ..................................................................... 150

FIGURA 4.24. Superficie de respuesta para el contenido en compuestos fenólicos del

extracto desorbido de Sepabeads SP207 en función de: (a) la variación de

caudal y temperatura para una concentración de etanol fijada en 85 %, (b) la

variación de caudal y concentracion de etanol para una temperatura fijada

en 40 °C y (c) en función de la temperatura y de la concentracion de etanol


FIGURA 4.25. Superficie de respuesta para la actividad antioxidante de los extractos

desorbidos de Sepabeads SP207 en función de: (a) la variación de flujo y

temperatura para una concentración de etanol fijada en 85 %, (b) la

variación de flujo y concentracion de etanol para una temperatura fijada en

40 °C y (c) en función de la temperatura y de la concentracion de etanol


FIGURA 4.26. Valor de (a) peróxidos (expresado en mM de hidróxido de cumeno) y (b)

TOTOX durante la oxidación acelerada de crema de aguacate a 50 ºC ............. 162

FIGURA 4.27. Valor de peróxidos en formulaciones de crema solar durante la oxidación

acelerada a 50 ºC ................................................................................................. 162

FIGURA 4.28. Turbidez en formulaciones de crema solar durante la oxidación acelerada

a 50 °C () sin antioxidante añadido, y con (●) tocoferol, () ET, () SBC y

() VE ................................................................................................................... 163

FIGURA 4.29. Valores de (a) peróxidos, (b) p-anisidina y (c) TOTOX durante la oxidación

acelerada de aceite de masaje a 50 °C ................................................................ 164

FIGURA 4.30. Valores de (a) peróxidos, (b) p-anisidina y (c) TOTOX durante la oxidación

acelerada de aceite de ducha a 50 °C .................................................................. 165

FIGURA 4.31. Comparación de la contribución del valor de peróxidos y de p-anisidina al

valor de TOTOX en la oxidación acelerada de: (a) crema de aguacate (CG)

y (b) aceite de masaje (AM) .................................................................................. 166

FIGURA 4.32. Ficha para la evaluación sensorial de los productos cosméticos ..................... 172

Indice figuras

XXI

FIGURA 4.33. Puntuaciones globales y desglosadas por sexo de los distintos extractos

empleados en los productos cosméticos: a) Aceite corporal, b) Bálsamo de

manos, c) Champú, d )Exfoliante, e) Mascarilla de arcilla, f) Tónico

limpiador ............................................................................................................... 177

FIGURA 4.34. Puntuaciones máximas y mínimas otorgadas, en función del extracto

adicionado y de cada sexo, a los productos cosméticos: Aceite corporal

(AC), Bálsamo de manos (BM), Champú (CH), Exfoliante corporal (EC),

Mascarilla de arcilla (MA), Tónico limpiador (TL) ................................................. 179

FIGURA 4.35.a. Puntuaciones de los productos cosméticos en función del extracto

adicionado y de los intervalos de edad ................................................................. 181

FIGURA 4.35.b. Puntuaciones de los productos cosméticos en función del extracto

adicionado y de los intervalos de edad................................................................. 182

FIGURA 4.36. Diagrama de árbol de los extractos adicionados a los productos

cosméticos en función de las puntuaciones globales ........................................... 184

Indice tablas

XXIII

ÍNDICE DE TABLAS

TABLA 1.1. Actividad antioxidante de extractos naturales. ....................................................... 12

TABLA 1.2. Ejemplos de actividades biológicas de compuestos de la uva ............................... 19

TABLA 3.1. Características físico-químicas de las resinas comerciales utilizadas para la

recuperación de compuestos fenólicos a partir de subproductos de destilería ........ 49

TABLA 3.2. Matriz de experimentos para el diseño factorial de 23 de Box-Behnken ................ 62

TABLA 3.3. Longitudes de onda de la ecuación de absorción máxima, tiempo de

retención y la regresión de la curva de calibración para los compuestos

estándar identificados en los extractos ..................................................................... 67

TABLA 4.1. Parámetros obtenidos en el ajuste de los datos de LPBD a un modelo de

pseudo primer (Ec. [4.2] y pseudo segundo orden (Ec. [4.3]) .................................. 86

TABLA 4.2. Factor de separación (RL) y constantes de Langmuir y Freundlich para las

isotermas de adsorción de fenólicos totales, expresados como equivalentes

de ácido gálico, en carbón activo .............................................................................. 91

TABLA 4.3. Parámetros cinéticos y coeficientes de regresión para los modelos cinéticos

ensayados aplicados a la adsorción de (a) fenólicos totales y (b) capacidad

captadora de radicales ABTS .................................................................................. 106

TABLA 4.4. Variables independientes reales y codificadas del diseño central compuesto

para dos factores. .................................................................................................... 109

TABLA 4.5. Valores experimentales y calculados de las funciones objetivo durante la

operación con Diaion HP20 ..................................................................................... 110


desorción desde la resina Sepabeads SP207 ........................................................ 110


desorción en resina Amberlite XAD16HP ............................................................... 111

TABLA 4.8. Coeficientes de regresión y parámetros estadísticos de ajuste de los

modelos calculados para las funciones objetivo ..................................................... 112


XXIV

TABLA 4.9. Comparación entre los valores experimentales y calculados de las funciones

objetivo en las condiciones óptimas ........................................................................ 113

TABLA 4.10. Composición de las fracciones solubles en DCM de la fase líquida

separada de desechos de bogega diluidas (A) y del producto desorbido de

Sepabeads SP207 con etanol 96 % a 50 °C (B), analizado por GC-MS. ............... 116

TABLA 4.11. Efecto de la concentración del eluyente, longitud de la columna y del

caudal de alimentación en la capacidad de adsorción de compuestos

fenólicos de las resinas Sepabeads SP207 y Amberlite XAD16HP ....................... 125

TABLA 4.12. Efecto de la concentración del eluyente, longitud de la columna y del

caudal de alimentación en la capacidad de adsorción de azúcares totales de

las resinas Sepabeads SP207 y Amberlite XAD16HP ............................................ 126

TABLA 4.13. Parámetros del modelo de Bohart-Adams para las diferentes condiciones

experimentales ensayadas ...................................................................................... 132

TABLA 4.14. Parámetros del modelo de Yoon-Nelson para las diferentes condiciones

experimentales ensayadas. ..................................................................................... 134

TABLA 4.15. Parámetros del modelo de Thomas para las diferentes condiciones

experimentales ensayadas ...................................................................................... 136

TABLA 4.16. Mátriz de experimentos y codificación de variables............................................ 141


desorción en resina Sepabeads SP207. ................................................................. 143

TABLA 4.18. Valores experimentales y calculados de las funciones objetivo Y4 e Y6............. 145

TABLA 4.19. Coeficientes de regresión y probabilidad ............................................................ 147

TABLA 4.20. Pruebas de ajuste de modelo ............................................................................. 149

TABLA 4.21. Caracterización de los extractos obtenidos a partir de fuentes renovables

subutilizadas: subproductos de bodega concentrados (SBC), extracto de

autohidrólisis de erizo de castaño (EAEC) .............................................................. 158

TABLA 4.22. Viabilidad celular y concentración de interleuquina-1 (IL-1) liberada durante

los estudios in vitro con los extractos disponibles empleando epidermis

humana reconstituida .............................................................................................. 160

Indice tablas

XXV

TABLA 4.23. Caracterización de los extractos obtenidos a partir de fuentes renovables

infrautilizadas: extracto de bagazo de uva o suproducto de bodega

concentrado (SBC), extracto de madera de pino (EMP), extracto de flores de

acacia (EFA), extracto de shiitake (ES) .................................................................. 174

TABLA 4.24. Puntuaciones globales de las formulaciones cosméticas en función del

extracto adicionado ................................................................................................. 180

1. Introducción

Introducción

3

1. INTRODUCCIÓN

1.1. RESIDUOS DE LA INDUSTRIA VINÍCOLA

1.1.1. Residuos agroindustriales

La agroindustria es una actividad económica que combina el proceso productivo

agrícola con el industrial para generar alimentos o materias primas semi-

elaboradas destinadas al mercado. También se dice que constituye una parte del

sector industrial que se dedica a producir y/o transformar, almacenar y

comercializar productos provenientes del campo. Entre los productos que se

industrializan están: frutas, verduras, raíces, semillas, hojas, tubérculos y vainas;

algunos se comercializan en fresco y otros son transformados en néctares, jugos,

mermeladas, ensaladas, harinas, aceites, vinos, concentrados en polvo y

conservas. La tendencia mundial es el notable crecimiento en la generación de

residuos, derivado del incremento en la generación de productos comercializables

(Baiano, 2014; Quek y Balasubramanian, 2014).

Desde hace varias décadas los residuos agroindustriales han sido un foco de

atención para investigadores a nivel mundial. En la década de los años 70, una

parte importante de los biotecnólogos de todo el mundo enfocaron sus

investigaciones hacia la utilización y aprovechamiento de los residuos

agroindustriales para la producción de compuestos útiles como insumos de otros

procesos industriales. A partir del presente siglo la prioridad se enfoca a la

producción de bioenergéticos y a la elaboración de nuevas formulaciones de

alimentos para animales (Ajila y col., 2012; Liguori y col., 2013; Rogers y col.,

2015). Desde este marco de referencia, se puede plantear que los residuos

industriales y agrícolas, como materiales en estado sólido o líquido que se

generan a partir del consumo directo de productos primarios o de su

industrialización, y que ya no son de utilidad para el proceso que los generó, son

susceptibles de aprovechamiento o transformación para generar otro producto

con valor económico, de interés comercial y/o social (Saval, 2012).

Los subproductos procedentes de la agricultura y la silvicultura son una

abundante fuente de biomasa vegetal renovable y barata, también lo son los

http://www.scopus.com/authid/detail.url?authorId=6506607592&eid=2-s2.0-84905101465



4

residuos agroindustriales obtenidos a partir de recursos biorrenovables como

materiales minerales y lignocelulósicos que se podrían revalorizar

(Ahmaruzzaman, 2008; Lin y Juang, 2009).

Un enfoque práctico para un modelo de desarrollo sostenible en la fabricación de

una variedad de compuestos comerciales es el fraccionamiento de la biomasa de

residuos lignocelulósicos y su separación en componentes de diferente naturaleza

química. A partir de estos materiales se puede aprovechar la fracción de

sacáridos (hemicelulosas y celulosa) para productos químicos y biofueles

(Carvalho y col., 2013; Kobayashi y Fukuoka, 2013; Nissilä y col., 2014; Mondala,

2015; Sánchez Nogué y Karhumaa, 2015). La lignina puede emplearse para usos

energéticos, como dispersante de pesticidas, emulsificante, como copolímero

para incorporarse en resinas o para la adsorción selectiva de compuestos

fenólicos (Barrera-Garci y col., 2008). Para este último objetivo puede emplearse

la fracción de lignina (Suhas y Ribeiro, 2007), la fracción obtenida tras hidrólisis

ácida (Dizhbite y col., 1999; Allen y col., 2005), las obtenidas tras distintos

tratamientos (Vázquez y col., 2006) o incluso el material lignocelulósico de partida

sin transformar (Ahmaruzzaman, 2008; Ye y col, 2009).

La hidrólisis de materiales lignocelulósicos en condiciones suaves usando agua o

vapor (eventualmente complementadas con la adición externa de ácidos

minerales, SO2 u oxígeno) se traduce en la ruptura selectiva de hemicelulosas,

que conduce a la producción de azúcares o de oligómeros de azúcar (Garrote y

col., 2004). Los licores también contienen productos de degradación de los

azúcares, ácidos orgánicos, extractos y compuestos fenólicos. Por esta razón, si

se desea utilizar la fracción de azúcares es necesaria la purificación o refinado de

estos licores. La extracción con acetato de etilo se ha aplicado con éxito para la

purificación, permaneciendo los compuestos sacáridos en la fase acuosa,

mientras que los compuestos no sacáridos (parte de ellos, de naturaleza fenólica)

se transfirieren a la fase orgánica (Parajó y col., 2008).

Los residuos agroindustriales también contienen otras fracciones, incluyendo la de

extractos, proteína, o minerales. El aprovechamiento de los mismos requiere de

etapas iniciales de extracción y posterior concentración y/o purificación.





Introducción

5

1.1.2. Residuos de la industria vinícola

España se ha convertido por primera vez en 2013 en el primer productor de vino

del mundo al lograr una producción de 50,5 millones de hectolitros, un 41 % más

que en la campaña anterior, según datos del Ministerio de Agricultura recogidos

por el Observatorio Español del Mercado del Vino (Núñez, 2014). Una tercera

parte de los establecimientos agroindustriales existentes en Galicia son bodegas

de vino, así lo asegura la Xunta de Galicia, explicando que la facturación del

sector vitivinícola representa más de 4 % del total de la industria agroalimentaria

gallega, superando en un año y medio los 130 millones de euros. El sector cuenta

en la comunidad gallega con 650 bodegas que dan empleo directo a un millar de

personas (Europa Press, 2009).

El proceso de vinificación está basado en un procedimiento ancestral pudiéndose

considerar más un arte que una ciencia de manera que el proceso de vinificación

ha quedado muy ligado a técnicas o prácticas artesanales limitando los avances

tecnológicos a aquellas aplicaciones dirigidas a la minimización de residuos.

Estas industrias producen millones de toneladas de residuos después de la

fermentación y tratamientos de los caldos de fermentación.

Las características y composición de estos residuos producidos están muy

relacionadas con las técnicas de vinificación empleadas, que va a determinar el

tipo de valorización a que se puede someter estos residuos.

Los principales residuos de esta actividad son, por orden de importancia, residuos

orgánicos (bagazos, semillas, pulpa, pieles, raspones y hojas), aguas residuales,

emisión de gases de efecto invernadero (CO2, compuestos orgánicos volátiles,

etc.) y residuos inorgánicos (tierras de diatomeas, perlita, arcillas, bentonita)

(Teixeira y col., 2014).

Dentro de toda esta amplia posibilidad de residuos, es interesante desde un punto

de vista de reutilización o valorización, el bagazo. Esta fracción contiene

principalmente pieles, pulpa y semillas, aunque dependiendo del sistema de

vinificación puede llegar a contener, además de lo anteriormente expuesto,

raspones y hojas. El bagazo presenta en su composición altos niveles de

http://www.abc.es/economia/20131013/abci-espana-productor-vino-201310112126.html

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6

polifenoles con propiedades antioxidantes interesantes para su utilización en

alimentos y/o en diferentes sistemas biológicos. Se considera al bagazo

fermentado y destilado como una fuente valiosa de fitoquímicos que pueden

recuperarse como compuestos funcionales para la industria alimentaria,

farmacéutica y cosmética (Fontana y col., 2013; Teixeira y col., 2014).

Uno de los componentes, tanto del bagazo como de sus distintas fracciones, es la

lignina insoluble en ácido o lignina de Klason encontrándose en mayor cantidad

en las semillas; en las pieles y la mezcla de las distintas fracciones se halla en

igual proporción. La celulosa y la lignina de Klason son los componentes

mayoritarios en tallos, siendo aproximadamente el doble que en las pieles y en el

conjunto del material. Debido al bajo contenido en hemicelulosas respecto a la

celulosa, el azúcar mayoritario es la glucosa, presentando un bajo contenido en

xilosa y arabinosa, excepto en las semillas (Cruz y col., 2004).

Una de las fuentes residuales de antioxidantes más estudiadas es el bagazo. Se

han propuesto varios métodos para la obtención de estos antioxidantes: su

utilización directa (Saura-Calixto, 1998), la extracción con disolventes

convencionales (Lafka y col, 2007; Makris y col, 2008), extracción con CO2

supercrítico o con ambos tipos de disolventes (Louli y col, 2004; Pinelo y col.,

2007; De Campos y col., 2008).

En algunas industrias del vino, el bagazo se destila, dando lugar a la aparición de

un nuevo residuo sólido conocido como orujo de uva destilado. Los compuestos

fenólicos contenidos en este bagazo son más activos que aquellos presente en

las vinazas o licores de orujo prensado (Pinelo y col., 2005 a y b); este aumento

de la actividad se atribuye al tratamiento térmico, que favorece la polimerización

de fenoles (Pinelo y col., 2005 a y b).

Se han propuesto varias alternativas para la extracción de antioxidantes del

bagazo de uva destilado (Cruz y col., 2004; Díaz-Reinoso y col., 2009). El bagazo

de uva destilado contiene una variedad de compuestos fenólicos, incluyendo

procianidinas, flavan-3-oles monoméricos (catequina, epicatequina, epigalo-

catequina, quercetina y quercetina- 3-glucósido), ácido gálico, ésteres de las

catequinas (galato de epigalocatequina, EGCG), y ácidos benzoicos (ácido gálico

Introducción

7

y elágico). Estos compuestos hacen que el poder antioxidante asociado a los

licores que empapan el bagazo o que se obtienen por un escurrido y lavado con

agua del bagazo destilado sea más activo que el de compuestos comerciales

(Cruz y col., 2004).

Para concentrar y fraccionar compuestos fenólicos extraídos a partir de productos

naturales se ha propuesto con éxito la utilización de membranas. Las aplicaciones

en este campo incluyen el procesamiento de extractos etanólicos de semillas de

uva (Nawaz y col., 2006), así como el fraccionamiento de compuestos fenólicos

(Galanakis y col., 2013), proantocianidinas (Santamaría y col., 2002) y

antocianinas (Kalbasi y Cisneros-Zevallos, 2007). Díaz-Reinoso y col. (2009)

emplearon con éxito las membranas de ultra- y nanofiltración para concentrar la

corriente residual acuosa obtenida tras la extracción del bagazo de destilado, una

vez sometido a una etapa de prensado para retirar el líquido que lo empapa.

1.1.2.1. Bagazo y residuos prensados

El bagazo de uva se genera durante la producción del mosto mediante el

prensado de la uva. Las últimas referencias estiman que a nivel mundial se

producen 9 millones de toneladas de bagazo por año lo que supone un

20 % (p/p) de la cantidad de uva usada para vinificación (Torres y col., 2002;

Laufenberg y col., 2003; Panouillé y col., 2007; Boussetta y col., 2009).

Los bagazos se caracterizan por un contenido en humedad entre el 50 y 72 %

dependiendo de la variedad de uva y del estado de madurez en el momento de su

cosecha. El contenido en lignina oscila entre el 16,8 % y el 24,2 % y el contenido

en proteína suele ser inferior al 4 % (Teixeira y col., 2014).

En general, los constituyentes mayoritarios en este tipo de residuo, son

sustancias pécticas con una concentración que oscila entre el 37 y 54 %,

seguidos de celulosa con concentraciones que van desde el 27 % hasta el

37 % (González-Centeno y col., 2010). Este alto contenido en polisacáridos no

digeribles dificulta su valorización como complemento alimenticio en piensos

siendo necesario un proceso fermentativo para evitar los efectos perniciosos de

estos polisacáridos.


8

El bagazo es, a su vez, una buena fuente para obtener aceite de pepita de uva y

también de polifenoles de manera directa, o bien, fuente de productos como ácido

cítrico, metanol, etanol o xantano mediante procesos fermentativos. Si bien un

uso más extendido es su aplicación para la obtención de bebidas alcohólicas

mediante fermentaciones cortas y destilación del bagazo (Sánchez y col., 2009;

Deng y col., 2011; Brahim y col., 2014).

El bagazo puede ser una fuente importante de antioxidantes naturales debido a su

alto contenido en compuestos polifenólicos lo que favorece su aplicación tanto en

industrias alimentarias como cosméticas o farmacológicas (Bousseta y col., 2009;

Rockenbach y col., 2011a y b). Hay que tener en cuenta que durante el proceso

de prensado de la uva solamente se extraen una pequeña proporción del

polifenoles, lo que convierte a este residuo en una fuente interesante de estos

compuestos. Algunos ejemplos de productos en el mercado son los extractos

MegaNatural®-Gold Grape Seed Extract de Polyphenolics y Citricidal® grapefruit

seed extract de Nutribiotic.

1.1.2.2. Raspones de uva

Los racimos o raspones de las uvas constituyen entre un 1,4 y el 7,0 % del

material sometido a vinificación. Este residuo se genera debido a que los

raspones se retiran antes del proceso de vinificación para evitar un exceso de

astringencia en los caldos o el efecto negativo en las características

organolépticas de los vinos. En la actualidad, esta fracción residual del proceso de

vinificación tiene escaso valor comercial debido a que su principal destino es el

empleo en alimentación animal o en la corrección de suelos.

Dependiendo de la variedad de uva, la concentración y tipo de compuestos

fenólicos de los raspones puede oscilar. De manera genérica, los compuestos

fenólicos están presentes en los raspones en una concentración próxima al 6 %

siendo flavan-3-oles, ácidos hidroxicinámicos, flavonoles monoméricos y

flavonoles oligoméricos, y estilbenos los compuestos predominantes (Kataliníc y

col., 2010).

Introducción

9

1.1.2.3. Hojas de vid

La información disponible sobre la composición y distribución de compuestos

fenólicos es escasa, pero dada la gran variabilidad asociada a la variedad de la

planta, induce a pensar en la gran viabilidad de este material como fuente de

potenciales compuestos con propiedades nutricionales y bioactivas (Gurbuz y col.,

2007; Fernandes y col., 2013).

1.1.2.4. Lías de vinificación

Se conoce como lías a los residuos que se acumulan en el fondo de los depósitos

de vino después de la fermentación, almacenamiento o después de los

tratamientos realizados al vino, como también al residuo generado después de la

filtración de los caldos. Están compuestas principalmente por levaduras, ácido

tartárico, materia inorgánica y compuestos fenólicos (Pérez-Serradilla y col.,

2011).

1.2. COMPUESTOS FENÓLICOS COMO ANTIOXIDANTES NATURALES

1.2.1. Generalidades

Diversos aspectos tecnológicos favorecen la sustitución de los antioxidantes

sintéticos por otros naturales. Estos últimos ofrecen ventajas en cuanto a la

solubilidad en aceite y agua, una propiedad de especial interés para las

emulsiones del tipo de las frecuentemente encontradas en sistemas alimentarios.

Sin embargo, el origen natural de los antioxidantes no garantiza su seguridad,

siendo necesaria la evaluación de su posible toxicidad.

El reino vegetal ofrece una gran variedad de compuestos de alto y bajo peso

molecular con propiedades antioxidantes (Hagerman y col., 1998). La mayoría de

los compuestos antioxidantes naturales son de origen vegetal, y la mayoría de los

que se han estudiado para su aplicación en la industria alimentaria son

compuestos polifenólicos. Estos compuestos reducen el valor nutricional de los

alimentos debido a su interacción con proteínas vegetales, modificando las

propiedades funcionales y nutritivas de los alimentos, contribuyendo a modificar

las propiedades organolépticas y sensoriales de frutas y vegetales. Los


10

compuestos polifenólicos pueden sufrir procesos de autooxidación produciéndose

pérdidas de color en vegetales procesados o modificando los rendimientos de

extracción de proteína como es el caso de taninos.

En general, los vegetales presentan un buen potencial de compuestos con

actividad antioxidante (Li y col., 2014). Desde los últimos años del siglo pasado se

han publicado multitud de estudios analizado el potencial antioxidante de una

amplia variedad de vegetales, incluyendo cereales (Thompson, 1994;

Chandrasekara y Shahidi, 2011; Wang y col., 2011; Dziki y col., 2014; Shao y

Bao, 2015), frutas (Morelló y col., 2005; Hunter y col., 2011; Serrano y col., 2011;

Kähkönen y col., 2012; Azman y col., 2012; Manganaris y col., 2014), semillas

(Esfalan y col., 2010; Ni y col., 2015; Tang y col., 2015), residuos agrícolas e

industriales (Moure y col., 2001; Frankel y col., 2013; da Silva y Jorge, 2014; Li y

col., 2014) y zumos de frutas (Chambers y col., 1996; Wen y col., 1999;

Mphahlele y col., 2014). Los aceites también contienen compuestos con alta

capacidad antioxidante, entre los más estudiados está el aceite de oliva (Blekas y

Boskou, 1998; Cicerale y col., 2012; Ghanbari y col., 2012).

Las plantas aromáticas y medicinales poseen muchos compuestos bioactivos, que

pueden ser de estructura polifenólica, y presentan capacidad antioxidante (Na y

col., 2011; Lizcano y col., 2012; Turan, 2014). Otra fuente potencial de

compuestos antioxidantes son las raíces, tallos y cortezas de distintos árboles así

como sus hojas (Venkatamuru y col., 1983; Yen y Hsieh, 1988; Hernández-Pérez

y col., 1996; Chung y col., 1999). Existe un gran número de grupos de

investigación que estudian la identificación de los compuestos activos de este

grupo de materiales vegetales por su interés para aplicaciones alimentarias,

cosméticas y farmacéuticas.

Los residuos agrícolas e industriales son una fuente atractiva para la obtención de

antioxidantes naturales. Diferentes revisiones (Moure y col., 2001; da Silva

y Jorge, 2014; Li y col., 2014) muestran la posibilidad de empleo de residuos (piel

de patata, orujo de oliva, alpechines, pepitas de uva, bagazo de manzana, bagazo

de vino, pieles de uva, semillas y pieles de cítricos, residuos de pulpa de

zanahoria, hojas viejas de té, subproductos del coco) como fuente de compuestos

fenólicos bioactivos.









Introducción

11

Además de estos residuos sólidos, existen diversas corrientes líquidas que

pueden emplearse como fuente de compuestos antioxidantes, bien las generadas

durante el procesamiento de los materiales vegetales anteriormente indicados o

bien las resultantes del procesamiento de estos residuos. Estas corrientes

líquidas de procesado contienen, además, azúcares y otros componentes de

interés como extractos y compuestos fenólicos con capacidad antioxidante.

En general se puede afirmar que la valorización de estos residuos

agroindustriales, como el resto de subproductos, y o plantas, depende de la

información existente acerca de sus componentes y de la posible implicación de

los mismos en procesos que promuevan un beneficio saludable para el organismo

(Saura-Calixto, 1998; Shrikhande, 2000; Negro y col., 2003).

En los últimos años se han publicado numerosos estudios acerca de los

beneficios para la salud de la uva y los productos asociados como son el vino y

sus subproductos (Bousseta y col., 2009; Sanchez y col., 2009; Gonzalez-

Centeno y col., 2010; Deng y col., 2011; Poudel y col., 2011; Rockenbach y col.,

2011a y b; Rondeau y col., 2013; Oliveira y col., 2013; Chouchouli y col., 2013).

Los efectos beneficiosos de los compuestos presentes en estos productos

dependen de multitud de factores desde los de tipo genético, las condiciones de

producción (propiedades del suelo, condiciones climáticas, empleo de

fertilizantes, etc.) y los procesos de vinificación, incluido el tiempo transcurrido

desde la generación del residuo hasta su valorización. Todos estos aspectos,

junto con los métodos de recuperación de estos subproductos empleados en el

proceso de valorización, tienen una incidencia directa en la concentración final de

los compuestos fenólicos en los materiales y en su posterior aplicabilidad como

fuentes de compuestos bioactivos.


12

Tabla 1.1. Actividad antioxidante de extractos naturales.

Ensayo de actividad antioxidante

Extractos naturales Referencia

Captación de radicales Cáscara cacahuete, bagazo uva, cascarilla lentejas, bagazo y semillas de mora, extractos indus-tria azucarera, frutas, verduras, té, café, cacao, arándanos, mijo, aceite de semillas de uva, guava, melón, calabaza y tomate, plantas medicinales

Muanza y col., 1998; Saura-Calixto, 1998; Cefarelli y col., 2006; Chandrasekara y Shahidi, 2011; Gülçin, 2012; Kähkönen y col., 2012; da Silva y Jorge, 2014; Turan, 2014

Decoloración del

-caroteno

Cáscara de frutos secos, residuos destilería de vino, maderas de eucalipto, erizos de castaña, zuros de maíz

Moure y col., 1999; Díaz-Reinoso y col., 2010; Conde y col., 2011a y b

Poder reductor Cáscaras de frutos secos, residuos destilería de vino, maderas de eucalipto, erizos de castaña, zuros de maíz, frutas, verduras, té, café, cacao, girasol

Moure y col. 1999; Díaz-Reinoso y col., 2010; Conde y col., 2011a y b; Gülçin, 2012; Karasakal, 2013

Oxidación de aceites Bagazo de oliva, piel patata, escaramujos, vainas de judías, avena, bagazo prensado de uva, corteza de fresno, soja, aceite de oliva refinado, avellana, hojas de té, aceites esenciales de naranja

Sheabar y Neeman, 1988; Onyeneho y Hettiarachchy, 1992; Marinovay col.,1994; Rodríguez de Sotillo y col. 1994b; Duh y col., 1997; Xing y White, 1997; Vargas-Arispuro y col., 1998; Bonilla y col., 1999; Moure y col., 1999; Zandi y Gordon, 1999

Oxidación de acido linoleico

Bagazo de mora coreana , bagazo de uva, semillas mora, piel de limón, piel de naranja, cáscara de cacahuete, semilla de tamarindo, plantas medicinales

Tsuda y col., 1994; Yen y Duh, 1995; Saura-Calixto, 1998; Kuo y col., 1999; Turan, 2014

Oxidación de citronelal Piel de limón, semillas de mandarina, piel de naranjas agrias, naranjas dulces

Bocco y col., 1998

Oxidación de LDL Humana

Semillas de uva, bagazo de uva, alpechines, hierbas medicinales chinas, curcumina, genjibre, gira-sol, arándanos, hidrolizados de salvado de trigo

Meyer y col., 1998b; Visioli y col., 1999; Wang y col., 2011; Kähkönen y col., 2012; Karasakal, 2013; Gunathilake y Rupasinghe, 2014; Rosa y col., 2014; Lin y col., 2015

Oxidación del linoleato de metilo

Salvado de trigo, arándanos, oliva, vinos

Watanabe y col., 1997; Morelló y col., 2005; Cefarelli y col., 2006; Roginski y col., 2006; Kähkönen y col., 2012.

Oxidación del plasma de rata

Pepitas de uva, pulpa de tama-rindo

Koga y col., 1999; Azman y col., 2012

Oxidación en liposomas Pepitas de uva, escaramujos, curcumina

Gabrielska y col., 1997; Rosa y col., 2014

Oxidación lipídica en microsomas

Fragmentos hemicelulósicos de salvado de maíz, hidrolizados de salvado de trigo, plantas medici-nales, hojas

Ohta y col.,1994; Ramful y col., 2011; Wang y col., 2011; Lizcano y col., 2012

Propiedades quelantantes

Okara, cáscara de cacao, hojas Oluwaseun y Ganiyu, 2008; Singh y col., 2011; Tan y col., 2015













Introducción

13

1.2.2. Compuestos fenólicos de la uva y subproductos

La uva es un tipo de baya que está ampliamente reconocida por sus propiedades

biológicas y sus cualidades nutricionales. Dada su composición, las uvas son una

buena fuente de agua (82 %), carbohidratos (12-18 %), proteínas (0,5-0,6 %) y

grasas (0,3-0,4 %).

Hablando de productos de la uva de forma genérica se pueden englobar como

metabolitos secundarios los ácidos fenólicos, los flavanoles, flavonoles,

antocianos y estilbenos. Todos estos compuestos presentes en los distintos

residuos o subproductos de la uva presentan diferentes solubilidades y por tanto

rendimientos de recuperación lo que convierte la tarea de extracción y/o

recuperación desde los diferentes materiales en un proceso complicado.

Desde el punto de vista de la importancia que estos componentes tienen, tanto en

la uva como en los productos de vinificación, se puede destacar su papel en

aspectos sensoriales como color, aroma, olor, amargor y astringencia, sin dejar de

lado la importancia que poseen dentro de sus propias matrices, comportándose

como componentes de defensa de las mismas.

El contenido en compuestos polifenólicos de estos residuos varía en función de

las condiciones indicadas con anterioridad; de este modo, para el bagazo de uva

se encuentran valores de compuestos fenólicos, determinados empleando

métodos colorimétricos, que oscilan entre 88 y 668 mg equivalentes de ácido

gálico (EAG)/g (Nilgün y col., 2004; Berrin y col., 2008). Para los hollejos (pieles)

de las uvas se ha encontrado que la concentración de compuestos fenólicos en

ellas no es dependiente del tipo de variedad (Yilmaz y Toledo, 2006) y que los

hollejos y los raspones contienen menor cantidad de este tipo de compuestos (de

27 a 36 mg EAG/g), viéndose afectados por las condiciones agroclimáticas o las

formas de cultivo.

A continuación se hace una pequeña mención de los principales componentes

bioactivos encontrados en la uva y productos derivados del vino.


14

1.2.2.1. Ácidos fenólicos

Dentro de esta clasificación se incluyen aquellos compuestos derivados de los

ácidos benzoico y cinámico, que junto con los compuestos derivados del ácido

hidroxicinámico, son las familias de compuestos más abundantes en los

subproductos de la industria vinícola. Las principales estructuras se muestran en

la Figura 1.1.

A. Ácidos hidroxibenzoicos

Los principales ácidos hidroxibenzoicos presentes en uva y subproductos de

vinificación son: ácido p-hidroxibenzoico, ácido protocatéquico, ácido tánico, ácido

vaníllico, derivados del ácido gálico y ácido siríngico.

Ácidos hidroxibenzoicos

Ácido gálico

Ácido protocatéquico

Ácido siríngico

Ácidos hidroxicinámicos

Ácido cafeico

Ácido ferúlico

Ácido sinápico

Figura 1.1. Estructuras de ácidos fenólicos.

Se ha encontrado que el ácido gálico es el ácido hidroxibenzoico más abundante

en hollejos, raspones, pieles y semillas seguido de ácido siríngico en raspones y

ácido protocatequico en semillas y pieles (Anastasiadi y col., 2012; Apostolou y

col., 2013; Di Lecce y col., 2014).

Introducción

15

B. Ácidos hidroxicinámicos

Los ácidos hidroxicinámicos se encuentran repartidos por todas las partes de la

uva, siendo las pieles las que contienen la mayor concentración de estos

compuestos. La concentración de estos es dependiente del estado de maduración

de la baya, de tal modo que su concentración disminuye con la madurez de la

baya aunque la cantidad total se incrementa de manera proporcional al aumento

de tamaño de la baya.

Los principales ácidos encontrados en bayas y vinos son el ácido caftárico, ácido

p-coutárico y ácido fertárico, mientras que en las pieles se evidencian diferencias

en función de la variedad. Así en uva blanca se encuentra como componente

mayoritario el ácido cis-coutárico y en las pieles de uva tinta el más representativo

sería el ácido clorogénico, si bien las concentraciones son inferiores a las

encontradas en las uvas blancas.

1.2.2.2. Flavonoides

Flavonoles

Flavonas

Flavanonas

Isoflavonas

Antocianidinas

Flavanol monómeros, dímeros,…

Figura 1.2. Estructuras principales de los flavonoides.

La presencia de flavonoides en sus diferentes grados de oxidación (flavanoles o

flavan-3-ol, proantocianiodinas, flavonas o antocianos) está ampliamente

documentada en los residuos de la industria vinícola (Garrido y Borges, 2013). La


16

Figura 1.2 muestra las principales estructuras de las diferentes familias de

flavonoides.

a. Flavonoles

Los flavonoles son flavonoides definidos por la presencia de un doble enlace entre

los átomos de carbono C2-C3 y un grupo hidroxilo en el C3. Generalmente se

encuentran unidos a diferentes azúcares formando glicósidos, glucorónidos,

galactósidos y diglicósidos.

Las recopilaciones de estudios acerca de estos compuestos muestran cómo la

variedad de la uva (blanca o tinta) afecta a la presencia de estos compuestos. Los

principales flavonoles encontrados en raspones de uva tinta son derivados de la

quercetina, al igual que en los bagazos de uva tinta.

b. Flavanoles

Los flavanoles, conocidos también como flavan-3-oles, son un tipo de flavonoides

caracterizados por tener un grupo hidroxilo en el carbono C3 y un grupo diferente

al carbonilo en posición C4. Desde un punto de vista fisiológico estos flavonoides

juegan un papel importante en las plantas pues son los responsable de atraer a

individuos polinizantes, ser responsables del color y de las propiedades

organolépticas de las plantas. En los vinos, los flavanoles son los responsables de

la astringencia, amargor y estructura (Burdock, 2005; Montealegre y col., 2006).

El principal flavanol encontrado en los residuos de la industria vinícola es la

catequina, siendo la concentración encontrada en raspones mayor que en pieles y

semillas.

La unión de unidades flavan-3-oles da lugar a unas moléculas conocidas como

taninos condensados o proantocidininas. Se sabe que estos compuestos

presentan diferencias en la proporción en la que se encuentran en los residuos de

vinificación en función de que el tipo de uva sea blanca o tinta.

Introducción

17

c. Flavonas

Las flavonas se caracterizan por tener un doble enlace entre los carbonos C2 y C3

diferenciándose de los flavonoles por la ausencia del grupo hidroxilo en el

carbono C3. La luteolina es la flavona encontrada en cantidades significativas

tanto en uvas como en residuos de la industria vinícola.

d. Antocianinas

Las antocianinas son los flavonoides responsables del color en vino y uvas tintas.

Estas características dependen de la estructura química, así a pH bajos son

estables las formas que aportan color rojo. Sin embargo estos compuestos son

muy inestables y fácilmente oxidables dado que son muy sensibles a cambios de

pH, temperatura y radiación UV (De Pascual-Teresa y col., 2010). Las

antocianinas se concentran en los hollejos o pieles de las uvas y desde ahí

migran, en los procesos de vinificación, a los vinos. El malvidin-3-O-glucósido y el

peonidin-3-O-glucósido son los principales antocianos encontrados en pieles y

bagazo de uva tinta (Amico y col., 2004 y 2008).

e. Estilbenos

Estructura general de los estilbenos Estructura química del resveratrol

Figura 1.3. Estructura química de los estilbenos.

Los estilbenos son compuestos fenólicos formados por dos anillos aromáticos

unidos mediante una molécula de etileno (ver Figura 1.3). Se encuentran

distribuidos tanto en subproductos del vino como los hollejos, los raspones y

semillas. El contenido y tipo de estilbenos difieren en función de que la uva sea

tinta o blanca y del tipo de residuo (pellejo, raspones, bagazos, hojas…). Los

datos de composición indican que, en uvas tintas, se encuentran los mayores


18

contenidos de trans-resveratrol y de ε-viniferina en tallos (hasta 124,10 y 49,10

mg/g, respectivamente).

1.2.3. Actividad biológica de los compuestos polifenólicos de las uvas

Numerosos estudios han avalado las propiedades biológicas de los polifenoles

(Bravo, 1998; Middleton y col., 2000; Schroeter y col., 2006; Potenza y col., 2007;

Perez Vizcaíno y col., 2009). Estos efectos son fundamentalmente consecuencia

de sus propiedades antioxidantes, que pueden usualmente justificar sus acciones

vasodilatadoras y vasoprotectoras, así como sus acciones antitrombóticas,

antilipémicas, antiateroscleróticas, antiinflamatorias y antiapoptóticas.

Estos efectos beneficiosos descritos para los polifenoles son consecuencia de su

acción antioxidante (Ruf, 1999; Dell’Agli y col., 2004; Williams y col., 2004).

Además de las propiedades vasodilatadoras que favorecen el control del tono

arterial, se han descrito otras propiedades de los flavonoides como sus efectos

cardioprotectores.

El vino tiene una elevada concentración en polifenoles antioxidantes,

principalmente ácidos fenólicos, resveratrol, flavonoles, flavanoles, procianidinas y

antocianinas (Quiñones y col., 2013). Dentro de los distintos compuestos

presentes, el resveratrol es uno de los más activos.

El contenido y composición en compuestos fenólicos de las uvas está en función

de la variedad de uva y del tipo de producto o subproducto a evaluar. Así por

ejemplo en los zumos de uva tinta se encuentran como mayoritarios los flavan-3-

oles, los antocianinos y los hidroxicinamatos, mientras que en los zumos de uva

blanca, los principales compuestos encontrados son los hidroxicinamatos.

Las principales actividades biológicas encontradas en la literatura especializada

para los polifenoles constituyentes de las uvas son: antioxidante,

anticarcinogénica, inmunomoduladora, antidiabetes, antiaterogénico, neuropro-

tector, antiobesidad, antienvejecimiento; que se han recopilado en diversos

trabajos (Flamini y col., 2013; Teixeira y col., 2014; Artero y col., 2015). En la

Tabla 1.2 se muestran algunas de las actividades biológicas más relevantes y los

compuestos responsables de ellas.

Introducción

19

Tabla 1.2. Ejemplos de actividades biológicas de compuestos de la uva.

Actividad Compuestos Referencias

Ansiolítica Ácido sinápico Yoon y col., 2007

Antiangiogénica Vanillina, procianidinas, resveratrol, ácido gálico kim y col., 2008; Kaur y col., 2009; Uchiyama y col., 2010; Zheng y col., 2015.

Anticarcinogénica Antocianinos, flavonoides conjugados, resveratrol, ácido clorogénico, 3,4-dihidroxibenzaldehido, ácido gálico, epigalocatequingalato

Stewart y col., 2003; Feng y col., 2005; Orallo, 2006; Landis-Piwowar y col., 2007; Lee y col., 2008; Giftson y col., 2010; Davalli y col, 2012.

Antidiabética Flavonoides conjugados, proantocianidinas, cianidina, delfinidina

Gharib y col., 2013

Antihemolítica Catequina, ácido elágico, ácido gálico. Tabart y col., 2009

Antihipertensivo Procianidinas Quiñones y col., 2013

Antiinflamatoria Vainillina, ácido ferúlico, ácido siríngico, ácido vaníllico, proantocianidinas, resveratrol

Feng y col., 2005; Orallo, 2006; Kim y col, 2008; Itoh y col., 2009; Nichols y Katiyar, 2010; Wang y col., 2011

Antimicrobiana Ácido cafeico, coniferaldehido, alcohol coniferílico, p-cumaraldehído, ácido p-cumarílico, eugenol, ácido ferúlico, sinapaldehido, ácido sinápico, alcohol sinapílico

Barber y col., 2000

Antioxidante Antocianinas, ácido gálico, catequina, epicatequina, flavonoides conjugados, melanina, proantocianidinas, resveratrol

Roginski y col., 2005; Kataliníc y col., 2010; Nichols y Katiyar, 2010; Pérez-Serradilla y Luque de Castro, 2011; Fernandes y col., 2013; Ignat y col., 2013

Antiproliferativa Ácido cafeico, 3,4-dihidroxi-fenilacético, ácido gálico, ácido ferúlico, ácido protocatéquico, ácido sinápico, ácido siríngico

Kampa y col, 2004; Kaur y col., 2009

Antiulcerosa Ácido cafeico, ácido cinámico, ácido p-cumárico, ácido ferúlico

Barros y col., 2008.

Apoptótica Ácido cafeico, 3,4-dihidroxi-fenilacético, ácido gálico, ácido ferúlico, ácido protocatéquico, ácido sinápico, ácido siríngico, proantocianidinas

Kampa y col., 2004; Mantena y col., 2006; Kaur y col., 2009; Yin y col., 2009

Cardioprotectiva Proantocianidinas, resveratrol Li y col., 2014; Nabavi y col., 2014.

Fotoprotectora Ácido ferúlico, ácido cafeico, ácido gálico, proantocianidinas, resveratrol

Saija y col., 2000; Kim, 2007; Prasad y col., 2007; Nichols y Katiyar, 2010

Inhibición de la oxidación LDL

Ácido cafeico, ácido clorogénico, ácido p-cumárico, ácido ferúlico, ácido sinápico catequina

Cheng y col., 2007; De Camargo y col., 2014

Inhibidor de la xantina oxidasa

Ácido ferúlico, resveratrol Orallo, 2006; Itagaki y col., 2009

LDL: Low density lipoprotein, Lipoproteínas de baja densidad

http://www.scopus.com/record/display.url?eid=2-s2.0-77954497182&origin=resultslist&sort=plf-f&src=s&st1=antiangiogenic&st2=grape&sid=903C3DBF85777D73A5B31BA9D8EB8E3F.fM4vPBipdL1BpirDq5Cw%3a20&sot=b&sdt=b&sl=56&s=%28TITLE-ABS-KEY%28antiangiogenic%29+AND+TITLE-ABS-KEY%28grape%29%29&relpos=18&relpos=18&citeCnt=6&searchTerm=%28TITLE-ABS-KEY%28antiangiogenic%29+AND+TITLE-ABS-KEY%28grape%29%29#corrAuthorFooter









20

1.3. EXTRACCIÓN Y RECUPERACIÓN DE ANTIOXIDANTES NATURALES

Para la obtención de componentes naturales es preciso lograr su separación

desde la matriz vegetal en la que se encuentran y la recuperación posterior a

partir del medio en el que se hayan solubilizado. Puede considerarse: i) la

extracción directa de compuestos que se disuelven en el agente extractor o ii) la

realización de una etapa adicional que logre la ruptura o separación de los

compuestos objetivo de los polímeros en los que se encuentre enlazado en la

pared celular. Los procesos de extracción con disolvente pueden aplicarse a

corrientes sólidas o a corrientes líquidas. Existen diversos procedimientos de

hidrólisis de la pared celular para facilitar la separación de los compuestos de

interés que estén enlazados químicamente con otros no extraíbles, de mayor

tamaño o cuya extracción no sea de interés. Puede realizarse por medios

químicos, con ácido o bases, o por medios enzimáticos. Por sus ventajas de tipo

ambiental y operacional se considera el proceso de autohidrólisis, una reacción

autocatalizada, principalmente por los grupos ácidos liberados por la rotura de las

hemicelulosas.

Una vez se dispone de una fase líquida en la que se encuentran disueltos los

solutos de interés, conviene realizar etapas físico-químicas para lograr la

concentración de estos componentes. Esto permitirá producir extractos más puros

y concentrados en los compuestos activos, permitiendo mayor variedad de

aplicaciones y mayor eficacia para los usos propuestos.

1.3.1. Extracción con disolventes líquidos

De modo general se consideran, entonces, dos tecnologías diferentes para la

extracción de compuestos antioxidantes a partir de residuos de las actividades

agrícolas e industriales, dependiendo de la naturaleza de la corriente residual:

- Extracción sólido-líquido o lixiviación a partir de residuos sólidos. El procedimiento

de separación de los compuestos antioxidantes a partir de estos materiales

requiere la extracción sólido-líquido con disolventes convencionales y la posterior

eliminación del disolvente para obtener un extracto concentrado. Los disolventes

más habituales son agua acidificada, etanol y metanol.

Introducción

21

- Extracción líquido-líquido cuando se desea separar compuestos con poder

antioxidante a partir de una corriente líquida i) producida durante el procesamiento

de residuos agrícolas, industriales… incluyendo los licores escurridos de los

sólidos residuales, o ii) de las corrientes de procesamiento hidrolítico de

materiales lignocelulósicos. Los disolventes seleccionados deben de presentar

baja miscibilidad con la corriente acuosa en la que inicialmente se encuentran los

compuestos de interés. Los más empleados son acetato de etilo y éter dietílico.

Una vez obtenido el extracto a partir del material residual es necesario realizar

etapas de purificación de tipo físico o químico (fraccionamiento en disolventes,

separación por membranas, en carbón activo…).

1.3.2. Autohidrólisis

1.3.2.1. Tratamiento hidrolítico de los materiales lignocelulósicos

Existe una gran variedad de tecnologías disponibles para el tratamiento ácido de

materiales lignocelulósicos, realizadas con la finalidad de solubilizar la fracción de

hemicelulosas y dejar en la fase sólida la celulosa y la lignina insoluble en ácido.

La tecnología más sencilla y menos contaminante es la de autohidrólisis, en la

que el material se pone en contacto con agua o vapor. Otros procesos

relacionados incluyen el empleo de reactivos como ácidos minerales

(prehidrólisis), SO2 u oxígeno (oxidación húmeda) (Garrote y col., 1999).

El procesamiento acuoso en condiciones suaves (por lo general llevado a cabo a

temperaturas en el intervalo de 160 a 250 ºC) es una tecnología respetuosa con el

medio ambiente y útil para el fraccionamiento de la biomasa (Garrote y col.,

1999). Las especies catalíticas (iones hidronio) proceden de la autoionización del

agua y de los ácidos orgánicos generados in situ por la degradación hidrolítica de

las hemicelulosas. Esta hidrólisis conduce a licores que contienen una mezcla de

oligómeros de azúcar, monosacáridos, productos de descomposición del azúcar

(tales como furfural o hidroximetilfurfural, HMF) y ácido acético (de la hidrólisis del

grupo acetilo). Como la reacción no es selectiva, otros compuestos también están

presentes en los licores (incluyendo aquellos derivados de la extracción y de la

lignina soluble en ácido). La fase sólida de los tratamientos está enriquecida en


22

celulosa, que casi no se ve alterada durante la autohidrólisis, lo que permite su

posterior utilización para diversos propósitos (Garrote y col. 2007).

La Figura 1.4 muestra un diagrama de flujo muy simplificado de un proceso

basado en el fraccionamiento por autohidrólisis de materiales lignocelulósicos y el

aprovechamiento posterior de los diversos componentes en productos de interés

(Parajó y col., 2008).

Figura 1.4. Diagrama de flujo de un proceso de fraccionamiento de MLC.

Introducción

23

1.3.2.2. Fundamento de los procesos de autohidrólisis

Al someter a los materiales lignocelulósicos (MLC) en disolución acuosa a

temperaturas entre 150-250 ºC, los protones generados por la autoionización del

agua actúan como catalizador de la hidrólisis de las hemicelulosas, atacando,

entre otros, a los grupos acetilo presentes en los heteropolímeros hemicelulósicos

en forma de ésteres. Estos se liberan en forma de ácido acético, en un proceso

que tiene especial importancia a partir de 150 ºC. La disociación del agua es un

equilibrio endotérmico y la concentración de protones aumenta con la

temperatura, mientras que el equilibrio de disociación del ácido acético en medio

acuoso es exotérmico y la concentración de protones generados por el ácido

acético disminuye con la temperatura. El valor del pKa del ácido acético es de 4,8;

de modo que, en el intervalo de temperaturas entre 100-300 ºC, la contribución

del ácido acético a la generación de protones es de 1700 a 106 veces mayor que

la del agua.

Este proceso guarda evidentes similitudes desde el punto de vista químico con la

prehidrólisis ácida, frente a la que presenta ventajas como:

i) ausencia de reactivos químicos distintos del agua y los MLC, lo que rebaja el

impacto ambiental del proceso,

ii) las hemicelulosas pueden convertirse en azúcares hemicelulósicos con buenos

rendimientos y con poca generación de subproductos,

iii) no hay problemas especiales de corrosión debido al pH relativamente suave al

que se opera,

iv) no son necesarias etapas de manipulación de lodos resultantes de la

neutralización del ácido, lo que simplifica la estructura del proceso, y

v) si al final del proceso el sistema se somete a una descompresión súbita (proceso

denominado explosión con vapor) se causa una desagregación en la matriz

lignocelulósica.


24

Los principales productos solubilizados (azúcares oligoméricos y monoméricos)

presentan interés comercial: los xilooligosacáridos pueden emplearse como

prebióticos (Vázquez y col., 2001) y los monoméricos son útiles como fuente de

carbono en procesos de fermentación a etanol (Ando y col., 1986; Boussaid y col.,

2001; Martín y col., 2002) o xilitol (Rivas y col., 2002).

La presencia de compuestos distintos de los azúcares en los hidrolizados no es

deseable para los fines indicados, pues reducen la pureza de los

xilooligosacáridos e inhiben el metabolismo microbiano durante la bioconversión

de los azúcares. Para ello se ha propuesto la purificación de los licores por

extracción con acetato de etilo (Frazer y McCaskey, 1989; Cruz y col., 1999). Los

compuestos solubles en acetato de etilo contienen compuestos fenólicos con

capacidad antioxidante y antimicrobiana y su empleo podría ser de interés

económico al permitir el aprovechamiento de esta corriente residual.

1.3.3. Adsorción

La adsorción es un proceso mediante el cual se extrae materia de una fase y se

concentra sobre la superficie de otra fase (generalmente sólida, carbón activo o

resinas poliméricas). Por ello se considera como un fenómeno subsuperficial. La

sustancia que se concentra en la superficie o se adsorbe se llama "adsorbato" y la

fase sólida que lo retiene se llama "adsorbente". Por el contrario, la absorción es

un proceso en el cual las moléculas o átomos de una fase interpenetran casi

uniformemente en los de otra fase constituyéndose una "disolución" con esta

segunda.

El término sorción incluye la adsorción y la absorción conjuntamente, siendo una

expresión general para un proceso en el cual un componente se mueve desde

una fase para acumularse en otra, principalmente en los casos en que la segunda

fase es sólida. Existen diferentes procesos de sorción (Appelo y Postma, 1993).

El proceso de cambio iónico supone un intercambio de una sustancia o ión por

otra sobre la superficie del sólido. La principal distinción entre sorción (adsorción y

absorción) y cambio iónico es que las ecuaciones que describen la sorción

consideran solamente una especie química, de manera que la distribución del

Introducción

25

soluto entre la disolución y el sólido responde a una relación simple, lineal o no.

Las ecuaciones para el cambio iónico tienen en cuenta todos los iones que

compiten por los lugares de intercambio.

En general, la adsorción desde una disolución a un sólido ocurre como

consecuencia del carácter liofóbico (no afinidad) del soluto respecto al disolvente

particular, o debido a una afinidad elevada del soluto por el sólido o por una

acción combinada de estas dos fuerzas.

El grado de solubilidad de una sustancia disuelta es el factor más importante para

determinar la intensidad de la primera de las fuerzas impulsoras. Cuanta mayor

sea la atracción de una sustancia por el disolvente, menos posibilidad tiene de

trasladarse a la interfase para ser adsorbida.

Cabe distinguir tres tipos de adsorción según que la atracción entre el soluto y el

adsorbente sea: i) de tipo eléctrico, ii) de van der Waals o iii) de naturaleza

química. La adsorción del primer tipo cae de lleno dentro del intercambio iónico y

a menudo se le llama adsorción por intercambio, que es un proceso mediante el

cual los iones de una sustancia se concentran en una superficie como resultado

de la atracción electrostática en los lugares cargados de la superficie. Para dos

adsorbatos iónicos posibles, a igualdad de otros factores, la carga del ión es el

factor determinante en la adsorción de intercambio. Para iones de igual carga, el

tamaño molecular (radio de solvatación) determina el orden de preferencia para la

adsorción. Este tipo de adsorción se comenta con detalle más adelante.

La adsorción que tiene lugar debido a las fuerzas de van del Waals se llama

generalmente adsorción física. En estos casos, la molécula adsorbida no está fija

en un lugar específico de la superficie, sino más bien está libre de trasladarse

dentro de la interfase. Esta adsorción, en general, predomina a temperaturas

bajas. La adsorción de la mayoría de las sustancias orgánicas en el agua con

carbón activado se considera de naturaleza física.

Si el adsorbato sufre una interacción química con el adsorbente, el fenómeno se

llama adsorción química, adsorción activa o quimiosorción. Las energías de

adsorción son elevadas, del orden de las de un enlace químico, debido a que el


26

adsorbato forma unos enlaces fuertes localizados en los centros activos del

adsorbente. Esta adsorción suele estar favorecida a temperatura elevada.

La mayor parte de los fenómenos de adsorción son combinaciones de las tres

formas de adsorción y, de hecho, no es fácil distinguir entre adsorción física y

química.

1.3.3.1. Mecanismo general de la adsorción

La adsorción corresponde a la transferencia de una molécula de la fase líquida

hacia la fase sólida. Este fenómeno obedece a las leyes de equilibrio entre la

concentración en fase líquida y la concentración en fase sólida, sobre la superficie

del material adsorbente. La adsorción de un soluto se efectúa según una sucesión

de cuatro etapas cinéticas:

a. Transferencia del soluto desde el seno de la fase líquida hacia la película

líquida que rodea el adsorbente. Esta transferencia se hace por difusión y

convección.

b. Transferencia del soluto a través de la película líquida hacia la superficie del

adsorbente. Se caracteriza por el coeficiente de transferencia externa de materia

global (kf), parámetro inversamente proporcional a la resistencia ejercida por la

película externa a la transferencia de masa. El espesor de esta película externa,

δ, y Kf dependen de la turbulencia existente en el seno de la fase líquida.

c. Difusión del soluto en el grano de adsorbente debido al gradiente de

concentración. Esta difusión puede hacerse: en estado libre, en el líquido

intraparticular (el coeficiente de difusión porosa, Dp, caracteriza esta migración), o

en estado combinado, de un sitio de adsorción a otro adyacente (el coeficiente

superficial, Ds, es específico de esta etapa). Algunos autores (Noll y Crowder,

1992) no establecen una diferencia entre estos coeficientes y los agrupan en un

único coeficiente de difusión efectiva, Defc.

d. Adsorción propiamente dicha. Este fenómeno corresponde al sistema de más

baja energía y se caracteriza por las interacciones soluto–soporte, que pueden

ser de dos tipos: la adsorción física (fisiosorción) que se basa en las fuerzas

Introducción

27

intermoleculares débiles (van der Waals o electrostática), cuyos efectos son

reversibles, y la adsorción química (quimiosorción) que se basa en las fuerzas de

naturaleza covalente, cuyos efectos son casi siempre irreversibles. La existencia

de tales enlaces supone la presencia de sitios reactivos. Siempre intervienen

simultáneamente los dos fenómenos, pero la fisiosorción parece ser el

mecanismo preponderante.

Estas etapas se efectúan en serie, siendo la más lenta la que impone la cinética.

Para la mayoría de los autores, las etapas a y d son rápidas; por lo tanto, es la

transferencia de masa a través de la película y de difusión en el interior del grano

(superficial y porosa) las que controlan la cinética de adsorción.

1.3.3.2. Factores que influyen en la adsorción

La adsorción depende de la naturaleza y la estructura del adsorbente, de las

propiedades físico–químicas del adsorbato y del medio en el cual la adsorción

debe efectuarse. El medio puede intervenir modificando las propiedades físico–

químicas del adsorbente (solubilidad, carga superficial, carácter hidrófobo /

hidrófilo, etc.), modificando la accesibilidad a los sitios de adsorción por

recubrimiento de la superficie externa del adsorbente o introduciendo compuestos

susceptibles de entrar en competición con la molécula cuya eliminación se busca.

Es el caso de las aguas naturales, que contienen numerosas sustancias

orgánicas o minerales que pueden modificar la adsorción de una molécula

específica, son numerosos los compuestos susceptibles de adsorberse en un

adsorbente comúnmente empleado como el carbón activo. Así, durante la

adsorción de microcontaminantes puede producirse una competición con estas

otras sustancias presentes e interacción con el soluto que se desea retener (Soto

y col., 2011).

Las condiciones operacionales que afectan a la adsorción y desorción deben de

estudiarse con el fin de lograr altas tasas de recuperación y producción

económica. Los principios teórico-prácticos de adsorción-desorción están bien

establecidos (Suzuki, 1990; Thomas y Crittenden, 1998; Duong, 1998; Toth, 2002;

Ruthven, 2005). Los efectos de las variables más influyentes han sido tratados y

revisado para carbón activo (Dabrowski y col., 2005) y para adsorbentes de bajo


28

costo (Ahmaruzzaman, 2008). La adsorción física depende de la influencia de

distintas variables: la superficie, funcionalidad, porosidad, irregularidades,

impurezas, estructura porosa interna y tamaño de partícula. Las moléculas de

fenol pueden formar vínculos con los grupos funcionales de la superficie y el anillo

aromático determina la magnitud de las interacciones hidrofóbicas (Bercic y col.,

1996).

Cuando se emplean resinas, el rendimiento de la resina se ve fuertemente

afectado por la estructura química y la funcionalidad de la superficie. La unión de

polifenoles a las resinas de intercambio iónico está influenciada por las

interacciones entre grupos funcionales, por interacciones hidrofóbicas y por

enlaces de hidrógeno (Kammerer y col., 2010a). Las interacciones de solutos con

un anión de base fuerte a un intercambiador puede seguir diferentes mecanismos

a diferentes pH: ambos adsorción e intercambio iónico fueron importantes en

condiciones alcalinas, mientras que la desorción del fenol fue predominante a pH

ácido (Carmona y col., 2006; Caetano y col., 2009).

La fuerza iónica y pH son factores clave que influyen en la adsorción de

compuestos fenólicos. A pH ácido, la adsorción de los compuestos fenólicos por

diferentes adsorbentes se mejora porque los fenoles no se disocian y predominan

las interacciones de dispersión (Grant y King, 1990; Dargaville y col., 1996;

Mohan y Karthikeyan, 1997; García-Araya y col., 2003; Dabrowski y col., 2005;

Mohanty y col., 2005; Ugurlu y col., 2005; Caqueret y col., 2008). El hidrógeno

puede desempeñar un papel importante (Chanda y col., 1983; Grohmann y col.,

1999; Ku y Lee, 2000; Ku y col., 2004; Kammerer y col., 2007; Navarro y col.,

2008a; Saleh y col., 2008; Kammerer y col., 2010; Pompeu y col., 2010). Durante

una etapa de adsorción en condiciones alcalinas, el pH disminuye desde la

disociación de grupos hidroxilo y se producen grupos carboxilo (Yoon y col., 1997;

Fu y col., 2005). No se ha visto influencia del pH (manteniendo en el intervalo

ácido) sobre la adsorción en algunas resinas fenólicas (Scordino y col., 2003,

2004; Silva y col., 2007).

La temperatura de adsorción influye de dos maneras: i) aumentando la tasa de

transporte a través de la capa límite externa y dentro de los poros debido a la

disminución de la viscosidad de la solución, y ii) en el cambio de la capacidad del

Introducción

29

adsorbente. Sin embargo, las altas temperaturas pueden promover interacciones

irreversibles (Qiu y col., 2007). Ambos efectos pueden ser positivos (Carabasa y

col., 1998; Gökmen y Serpen, 2002; García-Araya y col., 2003) o negativos

(Juang y Shiau, 1999; Ku y Lee, 2000; Ugurlu y col., 2005) sobre carbón activo,

minerales y resinas. En algunas aplicaciones, las temperaturas más altas

favorecen la adsorción, pero esta influencia no se apreció en resinas acrílicas; un

comportamiento atribuido a los efectos sobre la tensión superficial y la

transferencia de solutos a través de la capa límite (Scordino y col., 2003). En otros

casos la temperatura no afecta significativamente a la adsorción ni a la desorción

(Kammerer y col., 2005).

La presencia de oxígeno molecular en disoluciones acuosas que contienen

compuestos fenólicos aumentó la capacidad del carbón activo debido a

oligomerización o polimerización (Grant y King, 1990; Vidic y Suidan, 1991; Vidic y

col., 1993; de Jonge y col., 1996a; Abuzaid y Nakhla, 1996; Leng y Pinto, 1997;

Dabrowski y col., 2005). La adsorción en compuestos aromáticos de los grupos

superficiales que contienen oxígeno implica adsorción de agua, interacciones

dispersivas/repulsivas, enlaces de hidrógeno e interacciones donante-aceptor

(Franz y col., 2000). El efecto del oxígeno sobre la adsorción de los polifenoles en

resinas se ha estudiado menos (Saleh y col., 2008). La adsorción también se ve

influida por las características de adsorbato (Dargaville y col., 1996; Brune y col.,

1999; Pan y col., 2005; Cheng y col., 2006; Navarro y col., 2008a; Geng y col.,

2009; Li y col., 2009).

La adsorción a partir de una mezcla multicomponente es un problema complejo

(Kammerer y col., 2007; Silva y col., 2007; Kammerer y col., 2010a; Kammerer y

col., 2010b). Las interacciones entre los adsorbatos pueden mejorar la capacidad

de adsorción de algunos compuestos respecto a las mezclas binarias y en

sistemas ternarios, pero la desorción parcial también puede ser inducida en altas

concentraciones (García-Araya y col., 2003).

Las resinas poliméricas se han utilizado para la separación y la purificación de los

compuestos fenólicos (antocianinas, flavonoides y hidroxicinamatos) a partir de

productos naturales (Llorach y col., 2004; Scordino y col., 2005; Saleh y col.,

2008). Se obtuvieron productos concentrados de antocianinas a partir de bagazos


30

a escala de laboratorio y de planta piloto por adsorción en una resina de estireno-

divinilbenceno (S-DB), y se eluyeron con disoluciones alcohólicas (Kammerer y

col., 2005), los polifenoles de jugo de manzana se eluyeron con agua, etanol o

metanol (Saleh y col., 2008). También se ha propuesto un acoplamiento de

procesamiento de membrana y de adsorción para recuperar o para separar

compuestos fenólicos a partir de disoluciones de té (Li y col., 2005) o

concentrados de proteína de la alfalfa (D' Alvise y col., 2000).

Se han propuesto varias alternativas para la extracción de antioxidantes del

destilado de bagazo (Cruz y col., 2004; Díaz Reinoso y col., 2009), pues los

compuestos fenólicos que contienen confieren a estos licores más capacidad

antioxidante que la de algunos compuestos comerciales (Cruz y col., 2004).

Las membranas de ultra- y nanofiltración se emplearon para concentrar la

corriente residual acuosa obtenida tras la extracción del bagazo destilado de uva

blanca una vez prensado. El contenido en compuestos fenólicos y la capacidad de

captación de radicales ABTS de los retenidos fue de 3 a 6,6 veces mayores que

los de la alimentación (Díaz- Reinoso y col., 2009). Cuando los licores obtenidos

por prensado del bagazo de uva destilado se procesaron por membranas de

nano- y ultrafiltración, se ensayó el empleo de resinas poliméricas no iónicas para

retener los compuestos remanentes en el permeado. Una vez eluidos con

disoluciones acuosas de etanol mostraron capacidad de captación del radical

ABTS muy superior al Trolox (Díaz-Reinoso y col., 2010).

Introducción

31

1.4. INTERÉS DE LOS ANTIOXIDANTES NATURALES DE UVA Y VINO EN

COSMÉTICA

Desde sus orígenes, el hombre utilizó las plantas con fines estéticos y curativos,

desarrollando con el tiempo toda una gama de recetarios en los que se llegaba a

detallar la parte de la planta a utilizar y los procesos que debían seguirse en su

empleo. Pronto surgieron problemas, como por ejemplo la conservación de las

plantas o la escasez de actividad de los compuestos activos. Para solucionar el

primer problema se recurrió a la desecación, precisamente de esta técnica surgió

la palabra droga, que deriva del neerlandés “droghe” = seco (Gibello y col., 2007).

El posterior desarrollo de otras ciencias, como la Química, supuso un gran

impulso al permitir separar y analizar los componentes activos de la planta y

comprobar su efectividad.

En la actualidad, los principios activos vegetales ocupan un lugar preponderante

en la cosmética, después de un periodo de relativo olvido en el que se impusieron

los productos sintéticos o de origen animal. La actual tendencia “ecológica” o

naturalista ha hecho que el público demande productos naturales y los

formuladores ponen sus puntos de mira en el inmenso arsenal de los principios

vegetales.

Las plantas proveen de todo tipo de productos utilizables en cosmética (Martini,

2005): extractos empleados como principios activos, emulsionantes, espesantes,

antioxidantes, perfumes, bases grasas, etc.

Asimismo, los organismos marinos son un grupo muy heterogéneo en los

océanos y son excelentes reservorios para la identificación y extracción de

sustancias biológicamente activas con un potencial para actuar como productos

farmacéuticos, suplementos nutricionales, cosméticos, cosmecéuticos, enzimas y

productos de química fina (Carbajo y col., 2007). Los cosmecéuticos contienen

ingredientes activos como las vitaminas, fitoquímicos, enzimas, antioxidantes y los

aceites esenciales, y se puede aplicar a productos tales como cremas, lociones y

ungüentos. Por lo tanto, los cosmecéuticos han atraído recientemente la atención,

cada vez mayor, debido a sus efectos beneficiosos sobre la salud humana (Kim y


32

col., 2008). Aunque existen muchas sustancias que se utilizan en cosmética son

las algas las que más extensamente se han empleado. Casas cosméticas como

Alain Ganancia S.L., Bio Mer y Crisderma utilizan los extractos de algas en sus

diferentes formulaciones.

La Dermofarmacia es la cosmetología activa que ha experimentado en los últimos

años, un importante progreso en los principios activos, las formas y los métodos,

sometidos al mismo tiempo a una reglamentación rigurosa que garantiza la

seguridad del consumidor. No limita su papel a mantener una protección activa,

sino que permite una activación de los medios naturales que preservan el

metabolismo cutáneo, sometido a diversas agresiones que impiden su correcto

funcionamiento (Martini, 2005).

Esta concepción de la Dermofarmacia es:

- Científica, porque se basa en hechos y metodología objetiva para poner de

manifiesto la eficacia.

- Razonable y transparente, no de falsas promesas ni de mitos.

- Dinámica, porque procede de la investigación y de la innovación.

Todo cosmético se compone de principios activos, excipientes vehículos,

correctores y aditivos, dentro de estos se encuentran los conservantes, cuya

finalidad es evitar la proliferación de microorganismos y las posibles alteraciones

que pueda sufrir el cosmético, permitiendo que mantenga sus cualidades por un

tiempo prolongado y evitando riesgos para la salud del usuario. Además de los

conservantes como aditivos, también están los perfumes que se añaden para

conferir un olor agradable al cosmético.

Los polifenoles presentes en los residuos agroindustriales pueden ser

aprovechados para esas funciones porque, en general, son buenos antioxidantes,

captando radicales libres que, asimismo, les hacen provechosos para su inclusión

en cosméticos de antienvejecimiento. En el hollejo y la semilla de la uva, como

antioxidantes, destacan principalmente las proantocianidinas oligoméricas y el

resveratrol (Carbajo, 2007), con gran capacidad de captación de radicales libres,

responsables de la aparición de signos de propios del envejecimiento como

Introducción

33

manchas, arrugas o flacidez, que se producen al actuar directamente sobre las

células de la piel. La neutralización de los radicales libres repercutirá en el retraso

de la aparición de estas señales.

Los materiales vegetales con propiedades antioxidantes contra el envejecimiento

de la piel han sido ampliamente utilizados en productos cosméticos desde hace

años. Entre ellos la Camellia sinensis (L.) (té verde), que es un extracto conocido

por sus actividades biológicas y farmacológicas atribuidas principalmente a las

catequinas del té verde, que son compuestos polifenólicos presentes en las hojas

no fermentadas secas. El contenido total de polifenoles en las hojas de té varía,

aproximadamente, de 20 a 40%, dependiendo de la subespecie de la planta y la

ubicación geográfica (Carbajo, 2007)). Las cuatro principales catequinas

polifenólicas presentes en las hojas de té verde son (2)-epicatequina (EC),

epigalocatequina EGC), (2)-epicatequina-3-galato y epigalocatequina-3-galato

(EGCG). EGCG es el polifenol más abundante y activo en el té verde (Hsu, 2005;

Chow y Hakim, 2011; Ozkan y col., 2011).

La vid y el vino ofrecen subproductos con elementos activos de gran interés.

Algunos de ellos son: los polifenoles que se extraen de los sarmientos de la vid,

que además de antioxidante parece ser que estimula la producción de colágeno y

elastina, aunque su característica principal es la activad inhibidora de la síntesis

de melanina, con lo cual corrige manchas (por lo cual es útil para tratamientos de

antienvejecimiento); los hollejos son ricos en proantocianidinas oligoméricas, que

se pueden secar y pulverizar para uso cosmético; los precipitados (posos) tras la

fermentación del mosto tienen buenas propiedades filmógenas, que derivan en

una buena hidratación del estrato córneo de la piel al evitar la pérdida de agua por

transpiración; y, entre otros, compuestos extraídos de la levadura del vino, de la

que pueden extraerse compuestos que refuerzan las defensas de la piel y,

además, poseen propiedades calmantes. Diferentes partes de la uva y productos

derivados se emplean en cosmética: extractos de tallos, hojas, hollejos, semillas,

vino… Algunos productos cosméticos que se fabrican y se emplean en la

vinoterapia son los aceites de semilla de uva, exfoliantes, cremas reafirmantes,

despigmentantes, productos para la higiene oral, anticaspa, antimicrobianos,


34

saborizantes, estabilizantes, protectores solares… (Carbajo, 2007; Fiume y col.,

2014).

Otra aplicación es en Aromaterapia, que se define como “la utilización de aceites

esenciales con fines curativos y/o cosméticos”. Los aceites esenciales son

sustancias aromáticas que se encuentran en pequeñas glándulas situadas en

diferentes lugares de una gran variedad de plantas: pueden encontrarse en la

superficie de las hojas, en las raíces, en las flores, tallos… (Aparicio Rivero,

2000). Para que sean de buena calidad es imprescindible que el cultivo y

recolección de las plantas que los producen, así como los métodos de extracción,

hayan sido cuidados rigurosamente. Su composición química es muy variada,

siendo alcoholes, ésteres, cetonas, fenoles y aldehídos los componentes

mayoritarios, aunque contienen una serie de compuestos secundarios, cuya

fórmula es desconocida en muchos casos, y que son sinérgicos con los

anteriores. Una característica muy relacionada con la composición química, y a la

que se deben sus propiedades, es su volatilidad (si es elevada se trata de notas

altas o de salida; si es baja, de notas de fondo o de cola).

Para que un consumidor utilice los productos cosméticos, estos deben ser

atractivos y promover un sentimiento de bienestar en los usuarios; así, el color,

olor y la sensación del producto sobre la piel deben ser agradables para el

consumidor. Además, su eficacia y seguridad deben de estar probados por

métodos adecuados y sus aplicaciones aprobadas por las agencias reguladoras

(Engen, 1991; Faria y Yotsuyanagi, 2002). La adición de un determinado extracto

en las formulaciones podría conferirles un color y en particular un olor, que

pudiera afectar afectar a la aceptación del producto por parte del consumidor. Por

lo tanto, es evidente una verificación de la aceptación por parte de los

consumidores.

El análisis sensorial se utiliza ampliamente en la industria alimentaria y, en los

últimos años, se ha aplicado también en la industria cosmética (Aust y col., 1987;

Backe y col., 1999; Wortel y col., 2000; Lee y col., 2005; Parente y col., 2008;

Almeida y col., 2008; Isaac y col., 2008).

Introducción

35

El análisis sensorial, según el Sensory Evaluation Division of the Institute of Food

Techonologists, puede ser entendido como la disciplina que interpreta, evoca,

evalúa y mide las reacciones a las características de un producto, después de

provocar estímulos en el ser humano en relación a la visión, el tacto, el olfato y el

gusto y cómo estos estímulos son percibidos por los órganos de los sentidos

(Stone y Sidel, 1992).

Los ensayos sensoriales se han incluido como garantía de calidad por ser una

medida multidimensional integrada, poseyendo importantes ventajas, como: ser

capaz de medir cuántos jueces gustan o no gustan de un determinado producto,

identificar la presencia o ausencia de diferencias sensoriales perceptivas, definir

características sensoriales importantes de un producto y ser capaz de detectar

particularidades que no pueden ser detectadas por procedimientos analíticos

(Muñoz y col., 1993).

Las diferencias sensoriales de los productos son debidas al tipo de formulación, a

las materias primas que los componen y al envase que los contienen (Dooley y

col., 2009); aunque influyen, sobre todo, las materias primas, dado que en el

Dictionary of the Cosmetics, Toiletries and Fragrance Association hay listados

más de diez mil productos (Castro, 2006)

La visión es el sentido más usado en la adquisición de un cosmético, pues en

función de ella se tiene la primera impresión del producto, ejerciendo una gran

influencia en la decisión de compra (Tamashiro y col., 2009).

El tacto es el responsable de verificar la sensación en la piel o en el cabello,

durante y después de la aplicación de un determinado producto (Faria y

Yotsuyanagi, 2002).

El gusto es la sensación percibida, en la lengua, por las papilas gustativas, en

respuesta a los estímulos químicos (Faber, 2006).

El olfato es percibido cuando los compuestos volátiles de un determinado

producto sensibilizan el sistema olfativo, al entrar en contacto con la cavidad nasal

(Manfugás, 2007).


36

Dada la importancia de los sentidos olfativos, táctiles y visuales, una estrecha

relación entre la investigación, la producción y la sensación descrita por el

consumidor es uno de los factores más importantes para el éxito de un producto

para la industria del cuidado personal a través del análisis sensorial (Lee y col.,

2005).

2. Objetivos y plan de trabajo

Conclusiones y plan de trabajo

39

2. OBJETIVOS Y PLAN DE TRABAJO

2.1. OBJETIVOS

El objetivo principal de esta tesis es la purificación mediante procesos de

adsorción-desorción de la fracción fenólica presente en corrientes residuales y

subproductos de la destilería del vino, y la evaluación posterior de los productos

concentrados como aditivos en productos cosméticos.

Para lograr este objetivo global, se han planteado otros objetivos específicos:

Objetivo 1:

Acondicionamiento de distintas corrientes residuales de distintas destilerías como

fuente de antioxidantes fenólicos.

Objetivo 2:

Evaluación de adsorbentes comerciales que según la bibliografía tengan potencial

para retener selectivamente compuestos fenólicos y que sea factible la desorción

posterior con disoluciones etanólicas.

Objetivo 3:

Comparación del potencial de los productos concentrados empleados como

ingredientes y aditivos en productos cosméticos, para proteger frente a la

oxidación y sobre las características sensoriales.


40

2.2. PLAN DE TRABAJO

Para alcanzar los objetivos propuestos se ha planteado la siguiente secuencia de

tareas principales, que se resume en la Figura 2.1:

Figura 2.1. Esquema general del plan de trabajo establecido en esta tesis.

2.2.1. Producción de lotes homogéneos

2.2.1.1. Producción de lotes de licores de prensado de bagazos (LPBD) o

vinazas de alcoholera. Se emplean bagazos destilados, proporcionados por la

Cooperativa Vitivinícola del Ribeiro (Ribadavia, Ourense) y por una bodega de la

denominación Valdeorras, Destilería De Galicia (O Barco de Valdeorras,

Ourense). Ambas corrientes constituyen un residuo para la bodega que los

genera, una vez se han utilizado para la producción de aguardiente. Se considera

el empleo de los antioxidantes que se encuentran en la fase líquida que empapa

estos bagazos y que se retiran por prensado y por lavado.

Conclusiones y plan de trabajo

41

2.2.1.2. Producción de lotes de licores de autohidrólisis del bagazo de uva

blanca destilada (LABD), que se somete a un proceso en condiciones no

isotermas para solubilizar las hemicelulosa. La fase líquida generada en este

proceso contiene azúcares procedentes de la fracción de hemicelulosas, ácido

acético, productos de descomposición de los azúcares, extractos y fracciones

despolimerizadas de la lignina soluble en ácido. La eliminación de los compuestos

fenólicos de los licores permite obtener disoluciones destoxificadas de azúcares

fermentables, susceptible de emplearse como fuente de carbono en procesos de

bioconversión. Si los compuestos eliminados se concentran, su aplicación como

antioxidantes de origen natural se vería favorecida. La secuencia propuesta de

adsorción-desorción permite la eliminación de los compuestos de la fase líquida

(adsorción) y la posterior concentración en una corriente de menor volumen

(desorción) al eliminar el disolvente (etanol) empleado.

2.2.2. Selección de adsorbentes comerciales

2.2.2.1. Selección de carbones activos comerciales de distinta morfología y

propiedades físicas, en pruebas realizadas en estudios de sistemas estáticos y

dinámicos.

Se determinan las cinéticas y las condiciones de equilibrio durante el proceso de

adsorción y se ajustan a los modelos matemáticos más usuales.

Se determina la capacidad de desorción de los compuestos activos empleando

disoluciones etanólicas.

Se evalúa el potencial del adsorbente para operar en una serie de etapas

sucesivas tras la correspondiente regeneración.

2.2.2.2 Selección de resinas poliméricas no iónicas comerciales de distintas

propiedades físico-químicas.

En pruebas realizadas en estudios en estático.


42

Se determinan las cinéticas y las condiciones de equilibrio durante el proceso de

adsorción y se emplean modelos matemáticos para el ajuste de los datos

experimentales.

Se determina la capacidad de desorción de los compuestos activos empleando

disoluciones etanólicas, se optimizan las principales condiciones de operación con

la finalidad de maximizar los rendimientos de recuperación y las propiedades

antiradicalarias de los productos eluidos.

2.2.2.3. Evaluación de las condiciones de operación con los adsorbentes

seleccionados, durante la operación en sistemas dinámicos para adsorción y

desorción. En pruebas realizadas en continuo:

Se evalúa el efecto de las condiciones de operación sobre el grado de adsorción

de los compuestos fenólicos con actividad antioxidante.

Se optimiza el proceso de desorción para maximizar los rendimientos de

recuperación y las propiedades antiradicalarias de los productos eluidos.

2.2.3. Evaluación de las propiedades antioxidantes y sensoriales de los

extractos.

Con extractos concentrados obtenidos tras las etapas de adsorción-desorción con

los adsorbentes seleccionados en base a su eficacia se realizan dos tipos de

ensayos.

2.2.3.1. Determinación de la protección de productos cosméticos frente a la

oxidación en condiciones aceleradas y comparación con otros antioxidantes

comerciales de origen sintético o natural.

2.2.3.2. Evaluación sensorial y aceptación por parte de los consumidores de

productos cosméticos formulados con los extractos obtenidos en este trabajo en

relación con otros de naturaleza sintética o natural.

3. Materiales y métodos


45

3. MATERIALES Y MÉTODOS

3.1. MATERIALES

3.1.1. Materias primas empleadas

3.1.1.1. Bagazos de destilería

- Bagazo fermentado y destilado de la Denominación de Origen Ribeiro,

proporcionado por la Cooperativa Vitivinícola del Ribeiro (Valdepereira,

Ribadavia, Ourense) en las campañas 2006-2010. El bagazo se prensa y la

fase sólida remanente se mantiene congelada a -18 ºC hasta su uso. A partir

de este bagazo es posible disponer de diferentes tipos de licores.

- Bagazo fermentado y destilado de la Denominación de Origen Valdeorras,

suministrado por Destilerías De Galicia, S.A. (O Barco de Valdeorras,

Ourense) en la campaña 2013. El bagazo se prensa y la fase sólida

remanente se mantiene congelada a -18 ºC hasta su uso. A partir de este

bagazo es posible disponer de diferentes tipos de licores.

3.1.1.2. Astillas de madera de Pinus pinaster proporcionadas por FINSA,

Orember (Ourense), que se secan al aire, se muelen a un tamaño menor de

1 mm y se almacenan en un lugar oscuro y seco.

3.1.1.3. Flores de Acacia dealbata, que se recogen en zonas forestales en los

alrededores de Ourense en el invierno de 2014 y se procesan

inmediatamente.

3.1.1.4. Shiitake (Lentinus edodes), compradas en un mercado local de

Ourense. Las setas se congelan, liofilizan y cortan hasta un tamaño de

partícula de 2 x 2 cm aproximadamente, para finalmente molerlas. El material

molido se guarda en un lugar fresco y seco antes de su empleo.


46

3.1.2. Licores y extractos

Para los estudios de adsorción y desorción que se plantean en este trabajo se

emplean los licores de prensado, de lavado y los licores de autohidrólisis de los

bagazos de destilería y extractos de las otras materias primas.

3.1.2.1. Licores

- El licor de prensado o vinazas se obtiene tras someter el bagazo a una etapa

de prensado para eliminar el líquido que lo empapa y aprovechar los

componentes fenólicos y antioxidantes que contiene. Estos licores se

centrifugan para eliminar sólidos en suspensión y se mantienen congelados a

-18 ºC hasta el momento de su uso.

- El licor de lavado se obtiene tras someter al bagazo prensado a un lavado con

agua de grifo, con la finalidad de aprovechar los componentes todavía

retenidos en el bagazo y que no se eliminan con la fase líquida retirada en la

etapa de prensado. Estos licores se centrifugan para eliminar sólidos en

suspensión y se mantienen congelados a -18 ºC hasta el momento de su uso.

- Licores de autohidrólisis del bagazo prensado y lavado. Esta otra fase

líquida empleada como fuente de compuestos susceptibles de adsorberse se

produce tras la autohidrólisis del bagazo prensado.

3.1.2.2. Extractos

Extracto de bagazo o subproducto de bodega concentrado (SBC)

El extracto de bagazo prensado del orujo de uva destilada se extrae con agua en

una relación de líquido a sólido 15 (g/g), a 50 ºC en un agitador orbital a 175 rpm

durante la noche. Las fases sólida y líquida se separan por filtración y la fase

líquida se pone en contacto con la resina polimérica no iónica (Sepabeads SP700,

Resindion SRL, Mitsubishi Chemical Corp.). Previo a su uso, las resinas se

enjuagan con agua desionizada en una relación de líquido a sólido de 5 (g/g). La

desorción se lleva a cabo con etanol al 96 % con una relación de disolvente a

resina 3 (mL/g) en un agitador orbital a 175 rpm y 50 ºC durante toda la noche. La

Materiales y métodos

47

resina se regenera en una disolución 1 M de NaOH durante la noche y se lava

con agua desionizada (Soto y col., 2012).

Extracto de madera de pino (EMP)

Las muestras de madera de Pinus pinaster se ponen en contacto con etanol al

96 % en matraces Erlenmeyer sellados a 50 °C en un agitador orbital a 175 rpm

durante la noche. Las fases sólida y líquida se separan por filtración a vacío, esta

última se concentra en rotavapor para eliminar el disolvente y se liofiliza

posteriormente.

Extracto de flores de Acacia dealbata (EFA)

Las muestras de flores se ponen en contacto con etanol al 96 % en matraces

Erlenmeyer sellados a 50 °C en un agitador orbital a 175 rpm durante la noche.

Las fases sólida y líquida se separan por filtración a vacío, esta última se

concentra en rotavapor para eliminar el disolvente y se liofiliza posteriormente.

Extracto de Lentinus edodes (ES)

Las muestras secas de Lentinus edodes o Shiitake, se ponen en contacto con

etanol al 96% en matraces Erlenmeyer sellados a 50 °C en un agitador orbital a

175 rpm durante la noche. Las fases sólida y líquida se separan por filtración a

vacío, esta última se concentra en rotavapor para eliminar el disolvente y se

liofiliza posteriormente.

Extracto de erizos de Castanea sativa (EAEC)

Los erizos de castaña se recolectaron en otoño de 2006 en la Ribeira Sacra

(Ourense), se procesaron por autohidrólisis no isoterma. La fase líquida obtenida

se sometió a extracción con acetato de etilo, lavado con disoluciones etanol:agua,

adsorción en Sepabeads SP700 (Resindion S.R.L., Mitsubishi Chemical Co.) y

elución con etanol. El extracto final se obtuvo después de liofilización (Conde y

col., 2011).


48

3.1.3. Adsorbentes

3.1.3.1. Carbón activo

Se seleccionan carbones activos comerciales, que en diversos trabajos

consultados en el momento de realización de estos estudios, se emplearon con

éxito para eliminar compuestos fenólicos de corrientes acuosas (Berci y Pintar,

1996; Kilduff y King, 1997; Otero y col., 2004; Álvarez y col., 2005).

Se ensayan tres carbones activos diferentes:

- Carbón pulverizado de alta pureza, Darco G-60, suministrado por Sigma Chem

Co., con un tamaño de partícula de 100-325 mesh, de 600 m2/g de superficie

específica y un volumen de poro de 0,95 mL/g.

- Carbón granular Darco 12-20, suministrado por Sigma Chem Co., con un

tamaño de partícula de 12-20 mesh y de igual superficie y volumen de poro

que el anterior.

- Carbón peletizado, suministrado por Riedel-De Haën, y del que no se dispone

de datos de superficie específica ni volumen de poro.

3.1.3.2. Resinas poliméricas no iónicas

Para todos los procesos de purificación, estudiados en este trabajo, se utilizan

resinas poliméricas no iónicas comerciales de grado alimentario. Se emplea: un

polímero acrílico, Amberlite XAD7HP, dos resinas con matriz de formaldehído-

fenol policondensado, Amberlite XAD761 y Amberlite XAD1180, y tres resinas PS-

DVB (polisulfona-divinilbenceno), Amberlite XAD2, Amberlite XAD4 y Amberlite

XAD16, suministradas por Sigma Chemical Corporation. Se utilizan copolímeros

de PS-DVB con diferente hidrofobicidad, Sepabeads SP700, Sepabeads SP207,

Sepabeads SP825, Sepabeads SP850 y Diaion HP20, una resina con una

estructura de polimetacrilato, Diaion HP2MG y un polímero PS-DVB modificado

químicamente, Sepabeads SP70, que fueron suministrados, amablemente, por

Resindion SRL (Mitsubishi Chemical Co.). Las características físico-químicas de

estas resinas se resumen en la Tabla 3.1.


49

El contenido de humedad de las resinas se determina mediante el secado de las

perlas en un horno a 100 °C hasta peso constante, y los experimentos de

adsorción se llevan a cabo utilizando cantidades conocidas de resinas.

Tabla 3.1. Características físico-químicas de las resinas comerciales utilizadas para la recuperación de compuestos fenólicos a partir de subproductos de destilería.

Nombre

comercial Estructura

Área superf.

(m2/g)

Radio

de

poro

(Å)

Porosidad

(mL/g)

Tamaño de

partícula

(mm)

Densidad

(g/mL)

Amberlite

XAD2 PS-DVB 330 90 0,65 0,25-0,84 1,02

XAD4 PS-DVB 725 40 0,98 0,25-0,84 1,02

XAD7HP Éster acrílico 450 90 1,14 0,25-0,84 1,05

XAD16 PS-DVB 800 100 1,82 0,25-0,84 1,02

XAD761 Fenol-formaldehido 300 600 0,43 0,56-0,76 1,11

XAD1180 Fenol-formaldehido 600 300 1,68 0,35-0,60 1,01

Diaion

HP20 PS-DVB 600 260 1,3 0,25-0,60 1,01

HP2MG Polymethacrylate 470 170 1,2 0,25-0,60 1,09

Sepabeads

SP70 Modificada PS-DVB

(Br-PS-DVB)

800 70 1,6 0,25-0,85 1,01

SP207 PS-DVB 630 120 1,1 0,25-0,60 1,18

SP700 PS-DVB 1200 90 2,3 0,25-0,70 1,01

SP825 PS-DVB 1000 57 1,4 0,30-0,50 1,01

SP850 PS-DVB 1000 38 1,2 0,30-0,80 1,01

3.1.4. Formulación de cosméticos

3.1.4.1. Cosméticos para evaluación de la estabilidad oxidativa

Para los experimentos de evaluación de la estabilidad frente a la oxidación

acelerada se ensayan dos cremas, una crema de aguacate y una crema solar y

dos aceites cosméticos, un aceite de masaje y un aceite de ducha. Los extractos

se añaden como antioxidantes en los preparados cosméticos. No se probaron

todos los extractos en todos los productos cosméticos sino que se seleccionaron

aquellos que permitían obtener mezclas más homogéneas y estables durante el

período de realización de los ensayos.


50

Crema de aguacate (CG)

Se formula con los siguientes componentes (g): monolaurato de aceite de

aguacate (Guinama, Valencia) (25), sorbitán (Guinama, Valencia) (5), agua (100)

y antioxidante (0,4). Todos los ingredientes se mezclan, homogeneizan con

sonicación y neutralizan con trietanolamina (si la mezcla tiene un pH ácido), para

formar la emulsión. Los extractos ensayados en esta crema son: tocoferol (T),

extracto de erizos de castaño preparado por autohidrólisis (EAEC) y subproductos

bodega concentrados (SBC).

Crema solar (CS)

Se prepara con una fase de aceite que contiene (g): base de crema (O/W) (18),

dimeticona 350 (6), aceite de aguacate (3), protector solar (8), dióxido de titanio

(18), antioxidante (0,75), Fenonip (0,35) y una fase acuosa que contiene propileno

(6), Carbopol Ultrez 10 (1,5), trietanolamina (1,5) y agua desmineralizada (80).

Los ingredientes empleados son de Guimana (Valencia). Los aceites fundidos se

mezclan en un baño de agua a 70 ºC. Cuando la temperatura de la mezcla llega a

40 ºC, se añaden 0,45 mL de aceite de bergamota y 3 mL de ciclometicona,

ambos de Guimana (Valencia). El Carbopol y el propileno se añaden por

separado al agua, se homogeneizan con sonicación y se neutralizan con

trietanolamina para formar un gel. La fase oleosa se mezcla con la fase acuosa

con agitación constante. Los compuestos y extractos probados en esta crema

son: T, extracto de té (ET) (Guinama, Valencia, España), el extracto de vid

comercial (EV) (Guinama, Valencia, España).

Aceite de masaje (AM)

Se compone de los siguientes ingredientes (g): glicerilo tricapril-caprato (42,5),

octildodecanol (25,5), miristato isopropílico (22), aceite de almendras (6), mentol

(1,5), alcanfor (1,5) y antioxidante (0,5). El aceite se prepara añadiendo el alcanfor

y el mentol al aceite de almendras, la mezcla se agita con una espátula y después

de la adición de los otros componentes se somete a ultrasonidos durante

4 minutos. Los extractos probados en este aceite son: T, ET y el extracto de

Fucus (EF) (Guinama, Valencia, España).


51

Aceite de la ducha (AD)

Se formula mezclando y homogeneizando los siguientes componentes (g) en el

orden propuesto: octildodecanol (35), miristato isopropílico (20), antioxidante (0,5),

esencia (0,3), glicerilo de tricapril-caprato (44). Los ingredientes han sido

proporcionados por Guinama (Valencia). Los extractos probados en este aceite

son: T, ET y EF.

Los extractos antioxidantes se añaden al aceite disuelto en etanol. También se

preparan y analizan muestras de control sin extracto añadido.

3.1.4.2. Cosméticos para evaluación sensorial

Para los experimentos de evaluación sensorial, se eligen seis preparados

cosméticos: una crema de manos, un aceite corporal, un champú, un exfoliante,

una mascarilla de arcilla y un tónico limpiador. Los ingredientes empleados son de

Guinama (Valencia). Los extractos se añaden a los preparados cosméticos como

antioxidantes y como aditivos (colorante y perfume).

Los extractos ensayados en todos los preparados cosméticos son: extracto

concentrado de bagazo de destilería y extractos etanólicos de pino, mimosa y

Shiitake. Los extractos antioxidantes se añaden a los preparados disueltos en

etanol. También se formulan y analizan muestras sin extracto añadido para que

sirvan de control.

Crema de manos (CM)

Se formula con los siguientes componentes (g): vaselina líquida (30), lanolina

(30), Kathon CG (0,2) y el extracto correspondiente (5 gotas). Se funde la lanolina

en baño maría a 50 °C y se añade, poco a poco, la vaselina agitando

constantemente hasta obtener una mezcla homogénea. Si la mezcla posee un pH

ácido se neutraliza con trietanolamina. Se deja enfriar y se adicionan 5 gotas del

extracto correspondiente.


52

Aceite corporal (AC)

Se formula con los siguientes componentes (mL): aceite de almendras (20), aceite

de Glycine soja (20), aceite de Ricinus communis (10). Se mezclan los aceites

con agitación lenta en baño maría a 40 °C. Se deja enfriar y se adicionan 5 gotas

del extracto correspondiente.

Champú (CH)

Se prepara con los siguientes ingredientes (%): lauril sulfato sódico (45),

dietanolamina (3), Kathon CG (0,02), ácido cítrico (0,01), extracto correspondiente

(5 gotas) y agua destilada (c.s.p.1 100). Se mezcla la mitad del agua con el

detergente, y se disuelve la dietanolamina, y el ácido cítrico y el Kathon en la otra

mitad. Se mezclan las dos disoluciones con agitación intensa y se añade el resto

de ingredientes en orden.

Exfoliante corporal con sales (EC)

Se prepara con los siguientes ingredientes (g): cloruro sódico (150), aceite de

almendras (c.s.2) y extracto correspondiente (5 gotas). Se incorpora el aceite en

cantidad suficiente para humedecer toda la sal, se adiciona el extracto y se agita

hasta obtener una mezcla uniforme.

Mascarilla de arcilla (MA)

Se formula con los siguientes componentes (g): lauril sulfato sódico (0,1), caolín

(35), bentonita (5), alcohol cetílico (1-hexadecanol) (2), glicerina (10), Kathon CG

(0,2), extracto correspondiente (5 gotas) y agua destilada (c.s.p. 100). Se incorpo-

ra el volumen necesario de agua de la fórmula a la bentonita y se deja reposar

24 horas para gelificar. Se funde el alcohol cetílico a baño maría. Se añade el

detergente, la glicerina y el antimicrobiano a la mezcla de bentonita y se calienta a

40 °C, temperatura cercana al fundido anterior al cual se adiciona. Manteniendo la

temperatura, se añade el caolín y se agita para evitar la formación de grumos.

Una vez frío se añade el extracto.

1 Nota: c.s.p. 100 = cantidad suficiente para los 100

2 Nota: c.s. = en cantidad suficiente


53

Tónico limpiador (TL)

Se formula con los siguientes ingredientes y proporciones (mL): alcohol cetílico

(10,5), vaselina (30), agua (258), trietanolamina (1,5), Kathon CG (0,6) y el

extracto correspondiente (5 gotas). Se funde el alcohol cetílico con la vaselina en

un baño maría a 70 °C agitando lentamente. Se disuelve la trietanolamina, el

antimicrobiano y el agua destilada y, sin dejar de agitar, se calienta a la misma

temperatura anterior. Al sacar esta mezcla del baño se vierte poco a poco la fase

acuosa sobre la oleosa agitando lentamente hasta su enfriamiento.

Posteriormente, se añade el extracto.

3.2. METODOLOGÍA EXPERIMENTAL

3.2.1. Prensado y lavado de los bagazos

Los bagazos procedentes de la destilería se someten a un escurrido en una

prensa “Enerpac RC106” a una presión aproximada de 1,4 MPa durante 5 min.

Una vez eliminada la fase acuosa, retenida en los bagazos de destilería, se

procede a un lavado con agua del grifo. El lavado se realiza en condiciones

consideradas como no limitantes. Se selecciona una relación líquido/sólido

suficientemente elevada, de 25 (p/p), se mantiene con agitación continua durante

1 h a 60 ºC. El contenido fenólico promedio de estos licores es de 0,16 mg

equivalentes de ácido gálico/L.

3.2.2. Solubilización y recuperación de compuestos fenólicos

3.2.2.1. Tratamiento hidrotérmico no isotermo (Autohidrólisis)

Los experimentos de autohidrólisis se llevan a cabo en un reactor discontinuo de

mezcla completa que permite operar en régimen isotermo y en régimen no

isotermo. Se emplea el equipo de marca Parr, modelo 4551, Parr Company

(Illinois, EUA), que se muestra en la Figura 3.1 y tiene las siguientes

características:

- Volumen de trabajo: 3,75 L.

- Presión de trabajo: hasta 200 atm.


54

- Temperatura de trabajo: hasta 350 ºC.

- Velocidad de agitación: hasta 800 r.p.m.

Figura 3.1. Reactor a presión (Parr Instrument Co., Moline, IL).

La vasija cilíndrica del reactor está construida en acero al carbono para evitar la

corrosión. El reactor está equipado con válvula de ruptura de seguridad, válvula

de toma de muestra, válvula para inyección de catalizadores, manómetro,

termopar interno, serpentín interno de enfriamiento, sistema interno de agitación

de hélices y camisa calefactora externa. El equipo se controla mediante un

módulo digital.

Las variables de operación en autohidrólisis son la temperatura, el tiempo, la

velocidad de agitación, la relación líquido/sólido (RLS, g agua /g MLC en base

seca (b.s.)) y el tamaño de partícula. Las consideradas típicamente más

influyentes son la temperatura y el tiempo, siendo la primera función del segundo,

cuando se opera en condiciones no isotermas.

Para la realización de estos experimentos se seleccionan procesos de

autohidrólisis en condiciones no isotermas. Esta forma de trabajo permite alcanzar

en menos tiempo los mismos resultados que en operación isoterma. Se emplea el

bagazo prensado, una vez lavado y secado a temperatura ambiente, para facilitar

su homogeneización y posterior conservación. La relación líquido/sólido y el

tamaño de partícula se fijan en valores anteriormente empleados durante la

autohidrólisis en condiciones isotermas (Cruz y col., 2004) siendo de 8 g de agua

por cada gramo de bagazo seco. La velocidad de agitación se mantiene a 150

r.p.m. para permitir una buena mezcla de la suspensión. La temperatura máxima


55

evaluada se estudia en el intervalo 190-210 ºC, tardando entre 0,26 y 0,3 h en

alcanzarla, según el perfil de temperaturas de la Figura 3.2.

Figura 3.2. Perfil de calentamiento y enfriamiento del reactor a

presión Parr.

Una vez alcanzada la temperatura se conecta el sistema de refrigeración del

equipo hasta alcanzar los 60 ºC y posteriormente se abre el equipo, se filtra la

suspensión a vacío y se guardan los licores para los estudios posteriores. El

contenido fenólico promedio de estos licores es de 2,6 mg equivalentes de ácido

gálico (EAG)/L.

3.2.2.2. Proceso de adsorción en resinas y carbones activos

A) Activación de los adsorbentes

a) Las resinas se activan por contacto con una cantidad de metanol suficiente

para cubrir el lecho de resina con un nivel de 2,5-5 cm (Sigma-Aldrich, Madrid,

España). Las resinas y el metanol se mezclan suavemente por agitación durante

un minuto y a continuación, la suspensión se agita a 175 rpm y 25 ºC durante

15 min. Antes del uso, las resinas se enjuagan con agua desionizada empleando

una relación líquido:sólido de 5 (g/g).

b) Se utilizaron carbones comerciales sin necesidad de someterlos a tratamientos

previos de activación.


56

B) Exploración y/o selección de resinas y carbones activos

Las corrientes estudiadas provenientes de los subproductos líquidos de bodega

centrifugados en modo discontinuo o batch se mezclan con cantidades

previamente pesadas de resinas hidratadas en matraces Erlenmeyer sellados a

25 ºC en un agitador orbital a 175 rpm. La concentración de compuestos fenólicos

adsorbidos en el tiempo t en una unidad de masa de resina (qt, mg/g) se mide

como equivalentes de ácido gálico y se calcula por la ecuación:

W

VCCq t0

t

) - ( Ec. [3.1]

donde C0 y Ct son las concentraciones de fenólicos en la solución acuosa (mg/L)

en la etapa inicial y en el momento t, respectivamente, V es el volumen de la

solución añadida en el matraz (L), y W es el peso de la resina húmeda (g). Los

experimentos se realizan por triplicado.

Los ensayos cinéticos se realizan en matraces Erlenmeyer de 25 mL, con 5 mL de

fase líquida y 3 g de adsorbente a un pH inicial de 4,0 a 25 ºC y durante periodos

suficientemente largos para permitir alcanzar el equilibrio.

Los estudios con carbón activo se realizan en condiciones que favorezcan

posteriormente la desorción de los compuestos antioxidantes. Se mantiene una

atmósfera inerte haciendo burbujear nitrógeno en cada Erlenmeyer antes de

comenzar el proceso.

Una vez detenida la adsorción se filtran las muestras inicialmente a vacío, a

través de papel de filtro y a continuación el contenido de cada matraz se filtra a

través de una membrana de 0,45 m. A los filtrados se les determina el contenido

en compuestos fenólicos y la actividad antioxidante.


57

C) Lavado de los adsorbentes

Se utiliza agua destilada para eliminar los compuestos no adsorbidos susceptibles

de reducir la pureza de los extractos desorbidos en las etapas posteriores. El

lavado se realiza en dos etapas con agua destilada en una relación de agua:

resina de 3 (g/g) y en agitador orbital (175 rpm) a 25 ºC durante 20 min.

D) Modos de operación

D.1) Adsorción en estático

La adsorción en discontinuo es necesaria para establecer la cinética del proceso y

para obtener las isotermas de adsorción y poder determinar los parámetros de

equilibrio de adsorción con los distintos adsorbentes empleados en el trabajo.

Para estos estudios se parte de i) licores de prensado o vinazas y ii) licores de

autohidrólisis. Se emplean 15 mL de licores en Erlenmeyers de 25 mL.

D.2) Adsorción en dinámico

Para los estudios de adsorción en continuo se emplea el equipo que se muestra

en la Figura 3.3, que consta de una columna de vidrio encamisada rellena de

adsorbente acoplada al sistema Biologic Duo Flow de Bio Rad, con un detector

Quadtec UV-visible que permite la medida en línea de la absorbancia de la

corriente de salida de la columna a diferentes longitudes de onda, y un colector de

fracciones Biofrac, que permite la separación de las distintas fracciones. Los

licores se almacenan en un tanque de 10 L.

La columna se alimenta con la muestra, con un contenido previamente

caracterizado en compuestos fenólicos, por su parte superior con un caudal

determinado para cada ensayo. Inicialmente se realizan ensayos con columnas

de distintas relaciones longitud/diámetro, se trabaja con una columna de 25 cm de

largo y 1 cm de diámetro con un relleno de carbón activo de 13 cm (Figura 3.3) y

con relleno de resina SP700 y Amberlite XAD 16HP de 10 y 20 cm.


58

Figura 3.3. Equipo (Biologic DuoFlowTM

) empleado en sistemas dinámicos de adsorción-desorción formado por la estación de bombeo, el detector Quadtec y el colector Biofrac, controlados por el software Biologic Duo Flow de Bio Rad y detalle de la columna rellena con carbón activo.

Se realizan estudios de recuperación de compuestos fenólicos en ambas matrices

empleando diferentes muestras:

Licores de lavado.

Licores de autohidrólisis.

Licores de destilería de bagazo fermentado o vinazas.

Se emplean caudales de operación entre 0,5 y 10 mL/min. Para la puesta a punto

del sistema se emplean disoluciones de ácido gálico (0,1 g/L).

La eficiencia de la adsorción de los compuestos fenólicos presentes en las

muestras a recuperar en columnas de lecho fijo, se determina mediante la

evaluación de las curvas de rotura obtenidas de la representación gráfica de la

relación entre la concentración de la muestra a cada momento respecto la

concentración inicial (Ct/C0) frente al tiempo o volumen de efluente.

El tiempo de rotura se determina cuando la relación Ct/C0 alcanza un valor del

10 % del influente. El tiempo se saturación, también conocido como tiempo de

agotamiento, se establece cuando la relación Ct/C0 alcanza un valor entre el

90-95 % del influente.


59

Modelización de las curvas de rotura

El ajuste y posterior modelización de los datos experimentales obtenidos para la

absorción dinámica de compuestos fenólicos en las matrices de resinas en las

columnas de lecho fijo empleadas se realiza empleando modelos matemáticos

simplificados. En este trabajo se han empleado los modelos de Bohart–Adams,

Thomas y Yoon-Nelson, los cuales se describen a continuación.

Modelo de Thomas. El modelo de Thomas es uno de los modelos más frecuente-

mente empleado para determinar y/o estimar la capacidad de adsorción de un

adsorbente y predecir su comportamiento describiendo las curvas de rotura

asumiendo que el proceso transcurre de acuerdo con un modelo cinético

reversible de segundo orden y cumpliendo con los mecanismos propuestos en la

isoterma de Langmuir (Han y col., 2008; Ghasemi y col., 2011).

En teoría, este modelo es apropiado para ser empleado en la estimación de los

parámetros cinéticos y capacidades de adsorción del proceso desarrollado

cuando las resistencias de difusión tanto externas como internas son muy

pequeñas (Aksu y Gönen, 2004). En estos casos el modelo de Thomas se puede

expresar como muestra la siguiente ecuación,

tCkwqk

C

CTh

Th

t

000 )1ln(

Ec. [3.2]

En la cual kTh (mL/min·mg) es la constante de Thomas; q0 (mg/g) es la cantidad

de compuestos fenólicos adsorbidos en el equilibrio por g de resina; C0 (mg/L) es

la concentración de compuestos fenólicos en el influente; Ct (mg/L) es la

concentración de compuestos fenólicos, a un tiempo t determinado, en el efluente;

w (g) es la masa de resina y ν (mL/min) el caudal de influente. El valor de Ct/C0 es

la relación entre las concentraciones de compuestos fenólicos en las corrientes de

salida y entrada respectivamente. Mediante la representación líneal del

ln[(C0/Ct)−1] frente al tiempo (t) se calculan los valores de q0 y kTh empleando

para ello los parámetros obtenidos de la regresión matemática, pendiente de la

recta y el intercepto.


60

Modelo de Bohart-Adams. El modelo de Bohart-Adams se emplea para describir

la parte inicial de la curva de rotura. La expresión matemática, adaptada de Aksu

y Gönen (2004), es la siguiente:

F

ZNktCk

C

CABAB

t00

0

-ln Ec. [3.3]

En la cual, C0 y Ct (mg/L) representan las concentraciones de compuestos

fenólicos en el influente y el efluente; kAB (L/mg·min) es la constante cinética;

F (cm/min) es la velocidad lineal del influente, calculada dividiendo el flujo entre la

sección de la columna; Z (cm) es la longitud del lecho de resina empleado y N0

(mg/L) es la concentración de saturación. Los valores de N0 y kAB se obtienen a

partir del intercepto y de la pendiente de la recta resultante de la representación

de ln(Ct /C0) frente el tiempo (t).

Modelo de Yoon–Nelson. La ventaja del modelo de Yoon–Nelson frente a los

anteriores estriba en que éste no necesita conocer o aportar datos acerca de las

características del adsorbente, tipo de adsorbente y propiedades físicas del lecho.

El modelo responde a un sistema de un único componente mediante la expresión,

adaptada de Aksu y Gönen (2004), que se muestra a continuación:

YNYN

t

t ktkCC

C

0

ln Ec. [3.4]

En la cual kYN es la constante de velocidad (min-1) y (min) es el tiempo necesario

para la saturación del absorbente a su 50 % de capacidad.

Una simplificación de la ecuación anterior permite representar Ct/(C0 - Ct) frente al

tiempo de elución (t), del ajuste matématico de los datos experimentales puede

obtenerse mediante regresión lineal los parámetros de kYN y kYN a partir del valor

del intercepto y de la pendiente de la gráfica.


61

3.2.2.3. Desorción

Para la desorción de los compuestos fenólicos adsorbidos se emplean mezclas de

etanol/agua, que se seleccionan en base a su disponibilidad, adecuación para

usos alimentarios, y la capacidad de limpieza. Las principales variables que

afectan al proceso son la temperatura, la proporción de agua en la disolución

eluyente, el tiempo y el pH.

Diseño de experimentos de Box-Behnken

Para abordar el estudio y optimización de sistemas complejos, afectados por

diferentes variables, en algunos casos interrelacionadas, se emplea la

metodología de aproximación más racional y eficaz, que proporciona el diseño de

experimentos.

Figura 3.4. Diseño de Box-Behnken para tres factores.

El diseño de Box-Behnken es adecuado para explorar superficies de respuesta

cuadráticas y construir modelos polinómicos de segundo orden. En la Figura 3.4

se observa que este diseño está constituido por puntos centrales replicados y el

conjunto de puntos que se encuentra en el centro de cada borde del cubo

multidimensional que define el área de interés (Montgomery, 1991).

Las variables dependientes o funciones objetivo, Y, se generan mediante los

modelos cuadráticos de la ecuación indicada a continuación mediante el análisis

de regresión lineal múltiple.

Y=a0 + a1 X1 + a2 X2 + a3 X3 + a4 X1 X2+a5 X1 X3 + a6 X2 X3 + a7 X12 + a8 X2

2 +a9 X3

2 Ec. [3.5]

-1

-1+1

+1

+1

-1

-1

-1+1

+1

+1

-1


62

donde Y es el nivel de la respuesta medida; a0 es el intercepto, y a1 a a9 son los

coeficientes de regresión. X1, X2 y X3 representan los principales efectos; X1X2,

X1X3 y X2X3 representan la interacción entre los principales efectos; X12, X2

2 y X32

son los términos cuadráticos de las variables independientes utilizadas para

simular la curvatura del espacio de muestreo diseñado.

El efecto de las variables independientes en las variables de respuesta objetivo se

visualiza a partir de las superficies de respuesta. Se utiliza el paquete estadístico

Statistica 6.0. y se emplea este diseño para optimizar el proceso de desorción de

compuestos fenólicos adsorbidos en las resinas seleccionadas.

Tabla 3.2. Matriz de experimentos para el diseño factorial de 23 de Box-Behnken.

Experimento X1 X2 X3

1 -1 -1 0

2 -1 0 -1

3 -1 0 +1

4 -1 +1 0

5 0 -1 0

6 0 -1 +1

7 0 0 0

8 0 0 0

9 0 0 0

10 0 +1 -1

11 0 +1 +1

12 +1 -1 -1

13 +1 0 0

14 +1 0 +1

15 +1 +1 0

16 0 +1 0


63

3.3. TÉCNICAS ANALÍTICAS

3.3.1. Determinación de humedad

Se coloca una cantidad conocida de muestra (1 g), en un recipiente de peso

conocido (previamente secado en estufa hasta peso constante, que se alcanza

normalmente en 6 h). Se coloca el recipiente con la muestra en una estufa a

105 ºC hasta peso constante (normalmente 24-48 h). Posteriormente se enfría en

un desecador conteniendo gel de sílice y se pesa.

El contenido de humedad (en gramos de agua por gramo de sólido húmedo) se

calcula con la siguiente ecuación:

PRS) - (PRMH

PRMS) - (PRMH H Ec. [3.6]

donde PRMH es el peso en gramos del recipiente seco con la muestra húmeda

inicial, PRS es el peso en gramos del recipiente seco y PRMS es el peso en

gramos del recipiente con la muestra seca. Esta determinación se realiza por

triplicado. El error obtenido es generalmente menor del 1 % del valor de la

medida.

3.3.2. Contenido en sólidos o peso seco

En un tubo de vidrio, se añade un volumen conocido de la fracción de extracto, se

evapora el disolvente en una estufa a 100 ºC durante 24 h. Se enfría en un

desecador y se pesa. El contenido en sólido (expresado en g de extracto/L) se

calcula utilizando la siguiente ecuación:

100M

PTS-PTES L / seco extracto g Ec. [3.7]

donde PTES es el peso en gramos del tubo con el extracto seco, PTS es el peso

en gramos del tubo seco y M es el volumen en mL de la muestra inicial.


64

3.3.3. Determinación del rendimiento de extracción en Soxhlet

La muestra cuyo contenido en extracto se desea determinar, se introduce en un

cartucho de cartón que se coloca en el cuerpo superior del extractor Soxhlet y

sobre un balón previamente tarado. Tras la extracción durante 8 horas, se

evapora el disolvente del matraz del extractor Soxhlet en un rotavapor a vacío a

40 ºC. Se introduce en un desecador a vacío a 50 ºC durante 24 h, para terminar

de secar el extracto. Posteriormente se enfría en el desecador conteniendo gel de

sílice y se pesa.

El rendimiento de extracción (expresado en g de extracto soluble en hexano,

tetracloruro de carbono, acetato de etilo, acetona o etanol al 80 % / 100 g de

muestra inicial) se calcula empleando la siguiente ecuación:

100PM

PBS-PBES extracción de oRendimient Ec. [3.8]

donde PBES es el peso en gramos del balón con el extracto soluble seco, PBS es

el peso en gramos del balón seco y PM es el peso en gramos de la muestra

inicial.

3.3.4. Determinación del contenido en cenizas

El contenido en cenizas (en gramos de cenizas / 100 gramos de extracto en base

seca) se calcula emplenado la ecuación:

100H)-PRS)·(1 - (PRMH

PRS-PRC cenizasen Contenido Ec. [3.9]

donde PRC es el peso en gramos del recipiente con cenizas, PRS es el peso en

gramos del recipiente seco, PRMH es el peso en gramos del recipiente seco con

la muestra húmeda inicial y H es la humedad de la muestra.


65

3.3.5. Determinación de compuestos fenólicos. Método de Folin-Ciocalteu

Se determina colorimétricamente usando el reactivo de Folin-Ciocalteu (Sigma-

Aldrich) y se expresa como equivalentes de ácido gálico (Sigma-Aldrich). Todos

los análisis se realizan al menos por triplicado y se presentan en base de materia

seca.

Aunque este método presenta diversas interferencias es el empleado

universalmente para la determinación del contenido total en compuestos

fenólicos. El reactivo de Folin-Ciocalteu se mezcla con agua en proporción 1:1, se

prepara una disolución al 10 % de Na2CO3. En un tubo de ensayo se pone, 0,5

mL de muestra, 3,75 mL de H2O, 0,25 mL del reactivo Folin (preparado

anteriormente) y 0,5 mL de Na2CO3.

Se homogeneiza todo y se deja 1 hora a temperatura ambiente en oscuridad. A

continuación se lee la absorbancia a 765 nm frente a un blanco de agua destilada.

Para que las muestras entren en los intervalos establecidos por la recta patrón, se

diluyen en agua o en etanol. La recta patrón (Figura 3.5) se realiza con diversas

diluciones de una disolución de ácido gálico (Sigma) de 1 g/L, donde EAG/L son

los equivalentes de ácido gálico/L.

Figura 3.5. Recta de calibrado para la determinación de fenoles totales por el método de Folin-Ciocalteau.

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

y = 0,1226x - 0,0011

R2 = 0,9995

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

Absorbancia (765 nm)

g á

cid

o g

álic

o /L


66

La cantidad de fenoles totales del extracto y de las fracciones se determina con el

reactivo de Folin-Ciocalteu mediante el método descrito por Singleton y Rossi

(1965).

3.3.6. Determinación de los azúcares totales. Método de la Antrona

Para su determinación se utiliza el método de Trevelyan y Harrison (1952). Se

prepara el reactivo con 150 mL de agua desionizada a los que se añaden

lentamente con agitación y en un baño de hielo, 380 mL de ácido sulfúrico al

98 %. A continuación se añade 0,75 g de antrona en el ácido sulfúrico diluido y se

mantiene en agitación.

A 0,2 mL de muestra se añaden 5 mL del reactivo, se agita la mezcla y se hierve

en un baño a 90 ºC durante 17 minutos. Se deja enfriar y se lee la absorbancia a

625 nm frente a un blanco con el disolvente de la muestra que sigue el mismo

procedimiento.

La recta de calibrado (Figura 3.6) se realiza con diversas diluciones de una

disolución de glucosa 0,5 g/L (Panreac).

Figura 3.6. Recta de calibrado para la determinación de azúcares por el método Antrona.

y = 0,6287x + 0,0102

R2= 0,9973

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9


g D

-Glu

co

sa

/L


67

3.3.7. Determinación de polifenoles mediante Cromatografía Líquida de Alta

Eficacia (CLAE, HPLC)

La identificación por HPLC se lleva a cabo en un equipo Hewlett-Packard 1100

con un detector de diodos en línea. La separación se realiza en una columna

Supelcosil LC18 de 25 cm de longitud, 4,6 mm de diámetro interno, rellena de

octadecilsilano (C18) con un tamaño de partícula de 5 μm. El volumen de

inyección es de 5 μL, se usa un flujo de 1 mL/min y el tiempo de análisis es de

42 min. Se utiliza un gradiente no lineal de una mezcla de disolventes:

MeOH:H20:CH3COOH (10:89:1, v:v:v) (fase móvil A) y MeOH:H2O:CH3COOH

(90:9:1, v:v:v) (Fase móvil B). Los gradientes se usan como sigue: 0 min, 100 %

A, 0 % B; 30 min, 60 % A, 40 % B; 40 min, 100 % A, 0 % B.

Los compuestos fenólicos se identifican por comparación de sus tiempos de

retención y de sus espectros de absorción con patrones comerciales

suministrados por Sigma (Tabla 3.3).

Tabla 3.3. Longitudes de onda de la ecuación de absorción máxima, tiempo de retención y la regresión de la curva de calibración para los compuestos estándar identificados en los extractos.

Componentes estándar λ (nm)

Tiempo de

retención

(min)

Ecuación de regresión R2

Ácido gálico 270 6,28 y=3·106x – 224,23 0,9966

Hidroximetilfurfural 280 7,78 y=7·106x – 241,97 0,9992

2-Furfuralaldheido 280 9,84 y=8·106x – 126,11 0,9998

Hidroxitirosol 280 9,93 y=1·106x – 24,01 0,9996

3,4-Dihidroxibenzaldehido 280 12,97 y=4·106x – 79,20 0,9998

Tirosol 280 14,40 y=1·106x + 13,61 0,9999

Alcohol homovaníllico 280 16,99 y=8,01·105x + 57,44 0,9967

Ácido vaníllico 254 18,68 y=3·106x – 16,18 0,9999

Ácido siríngico 280 20,74 y=3·106x + 63,28 0,9996

Vainillina 280 20,80 y=4·106x – 85,28 0,9998

Siringaldehido 329 22,70 y=2·106x + 42,25 0,9999

Ácido p-cumárico 280 25,40 y=5·106x – 154,12 0,9995

Oleuropeína 280 36,39 y=4,37·105x – 29,91 0,9992


68

3.3.8. Determinación de volátiles mediante Cromatografía de Gases-MS

Para acondicionar las muestras, antes de realizar el análisis por cromatografía de

gases-masas acoplado a espectrometría de masas (GC-MS), se añaden unos

0,25 mL de 3-octanol (10 ppm) como patrón interno en 25 mL de una disolución

de extracto diluido (0,5 g extracto/L). Esta mezcla se extrae con diclorometano

(DCM) y la fase orgánica se transfiere a un tubo de vidrio graduado y se

concentra bajo nitrógeno. El análisis por GC-MS se lleva a cabo en el modo sin

división en un cromatógrafo de gases Hewlett-Packard 5890-II acoplado a un

espectrómetro de masas HP-5970, utilizando He como gas portador. La

separación se realiza usando una columna capilar HP-Innowax de 60 m x

0,25 mm. La temperatura se mantiene a 45 °C durante 1 min, se aumenta hasta

230 °C a 3 °C/min y luego se mantiene durante 30 min. El espectrómetro de

masas se mantiene en modo EI (energía de electrones de 70 eV; temperatura de

la fuente 250 °C) y la adquisición de datos se realiza en modo de exploración de

30 a 300 amu/s y 1,9 espectros/s. Los compuestos se identifican por comparación

del tiempo de retención y de los espectros de masas con datos de la biblioteca de

espectros de masas (Wiley 7n) y de compuestos auténticos. La cuantificación se

realiza por el método de patrón interno (utilizando 3-octanol como estándar).

3.3.9. Grado de polimerización de procianidinas

El grado de polimerización de las procianidinas se estima por análisis de RP-

HPLC de las fracciones despolimerizadas presentes en el medio de reacción

después de la tiolisis a 65 °C del producto desorbido diluido en metanol (Torres y

Selga, 2003). El análisis de RP-HPLC se lleva a cabo en un equipo de

cromatografía (Amersham-Pharmacia Biotech, Uppsala, Suecia) provisto de una

columna C18 Hypersil ODS (Supelco). La elución se lleva a cabo a una velocidad

de flujo de 1 mL/min de disolvente A (ácido trifluoroacético, TFA acuoso al 0,1%) y

disolvente B (0,082 % de TFA en agua/CH3CN (01:04)). El gradiente, expresado

como concentración de B fue el siguiente: 0-30 min de 12 % a 30 %, 30-40 min de

30 % a 100 %, 40-45 min de 100 % a 12 %.


69

3.3.10. Determinación de actividad antioxidante

Se seleccionan tres métodos para la determinación de la actividad antioxidante,

uno basado en la captación del radical DFPH, porque es uno de los ensayos más

universalmente empleados y más sencillos, el ensayo TEAC (Trolox Equivalent

Antioxidant Capacity), basado en la captación del radical catión ABTS y la medida

del poder reductor.

3.3.10.1. Captación del radical DPPH

La actividad antioxidante de captación del radical 1,1-difenil-2-picril-hidrazilo

(DPPH) se determina por el método descrito por von Gadow y col. (1997). A 2 mL

de una disolución en metanol de DPPH de 6·10-5 M, se añaden 0,05 mL de los

extracto, y se registra la caída de absorbancia a 515 nm durante 16 min. La

actividad antioxidante se calcula como el Porcentaje de Inhibición (PI) para

diferentes concentraciones del extracto en metanol:

)(t Abs

)(t Abs - )(t Abs (%) PI

0

160 Ec. [3.10]

Para el cálculo de la CE50 (concentración de extracto que causa una inhibición al

50 % del radical DPPH) se dispone de los valores de Porcentaje de Inhibición (PI)

para diferentes concentraciones del extracto obtenido. En la Figura 3.7 se

muestra la correspondencia lineal entre la concentración de extracto de los licores

de líquido de lavado en metanol y el porcentaje de inhibición del radical DPPH

que proporcionan.


70

Figura 3.7. Cálculo de la CE50 a partir de los valores del Porcentaje de Inhibición del radical DPPH para diferentes concentraciones de extracto de líquido de lavado disuelto en metanol.

3.3.10.2. Determinación de la actividad antioxidante. TEAC (Trolox

Equivalent Antioxidant Capacity, Actividad Antioxidante Equivalente

a Trolox)

La actividad antioxidante equivalente a Trolox se determina por el método descrito

por Miller y Rice-Evans (1995). El radical catión ABTS (ABTS•+, 2,2'-azinobis (3-

etil-benzotiazolina-6-sulfonato)) se produjo por la reacción de 7 mM de una

disolución madre de ABTS con una disolución de persulfato potásico de 2,45 mM.

Se prepara el tampón salino fosfato (Phosphate buffer saline, PBS, pH=7,4) que

consta de: 8,0 g de NaCl, 0,2 g de KH2PO4, 1,15 g de Na2HPO4, 0,2 g de KCl y

0,2 g de azida sódica en un volumen de agua de 1 L. La disolución de ABTS•+ se

diluye con PBS a una absorbancia de 0,70 a 734 nm y se equilibra a 30 °C,

manteniendo en agitación constante durante 16 h, impidiendo su exposición a la

luz. La determinación de actividad se realiza a 30 °C midiendo la absorbancia a

734 nm a tiempos de 0, 1 y 10 minutos. Para ello se diluye previamente el reactivo

hasta que presente un valor de absorbancia de 0,7 y se añaden 20 µL de muestra

a 2 mL de reactivo diluido, midiendo la cinética a los citados tiempos. Se realiza

siempre un control (con el medio en que está diluida la muestra). El porcentaje se

calcula como una función de la concentración de los extractos y de Trolox, y se

expresa como TEAC (capacidad antioxidante equivalente en Trolox).

y = 122,7x + 0,548

R2 = 0,9997

0

10

20

30

40

50

60

70

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

Concentración de extracto (g/L)

PI (%

)


71

La recta patrón se prepara con Trolox (Fluka), que es un derivado hidrosoluble de

la vitamina E (Figura 3.8). El valor de TEAC se calcula a partir de la ecuación:

1 Abs - Abs

Abs - AbsC TEAC

reactivo

muestra 10treactivo1

C

Ec. [3.11]

donde: TEAC = mM de Trolox, C1 = concentración de Trolox,

ΔAbs reactivo = Absreactivo a t=0 min – Abs reactivo a t =10 min,

ΔAbs t=10 min, muestra= Abs muestra a t=0 – Abs muestra a t=10 min y

ΔAbs c1 = Abs C1 a t=0 min – Abs C1 a t=10 min

Figura 3.8. Recta de calibrado para la captación del radical ABTS, expresada como valor de TEAC.

3.3.10.3. Poder antioxidante de reducción del hierro o FRAP (Ferric

Reducing Antioxidant Power)

La actividad antioxidante se determina por el método descrito por Benzie y Strain

(1996). El reactivo se prepara con 25 mL de tampón acetato 300 mM (pH 3.6), 2,5

mL de una disolución de TPTZ (2,4,6-tri(2-piridil)-1,3,5-triazina) 10 mM en HCl 40

mM y 2,5 mL de FeCl3·6 H2O a 20 mM en agua destilada. El reactivo se prepara

en el momento del análisis.

y = 5,689x + 0,0519

R2 = 0,9975

0,0

0,4

0,8

1,2

1,6

2,0

2,4

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35


mM

Tro

lox


72

A 3 mL del reactivo FRAP se añade 0,1 mL de la muestra. Se determina la

actividad a temperatura ambiente y midiendo la absorbancia a 593 nm a los 6

minutos frente a un blanco con agua destilada.

La recta patrón (Figura 3.9) se realiza con diversas diluciones de una disolución

de ácido ascórbico 1 mM (Merck).

El reactivo, también se utiliza como muestra blanco, se prepara con 25 mL de

tampón de acetato de 300 mmol/L (pH 3,6), 2,5 mL de una disolución de TPTZ de

10 mmol en 40 mmol/L de HCl y 20 mmol/L FeCl3·6 H2O en agua destilada. Las

muestras (0,1 mL) se mezclan con 3 mL del reactivo, y la absorbancia se

monitoriza a 593 nm y se comparan con soluciones acuosas estándar de ácido

ascórbico.

Figura 3.9. Recta de calibrado para la determinación del poder antioxidante de reducción del hierro (FRAP).

3.3.10.4. Poder reductor

El poder reductor se determina por el método descrito por Oyaizu (1986). A 1 mL

de los extractos disueltos en etanol se añaden 2,5 mL de tampón fosfato 0,2 M

(pH 6,6) y 2,5 mL de ferrocianuro potásico al 1 %. La mezcla se incuba a 50 °C

durante 30 minutos. Se adicionan 2,5 mL de ácido tricloroacético (TCA) al 10 % y

la mezcla se centrifuga si presenta precipitado. A 2,5 mL de sobrenadante se

añaden 2,5 mL de agua destilada y 0,5 mL de cloruro férrico al 1 % y se lee la

y = 0,7033x + 0,0004

R2= 0,9995

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6


mM

ác

ido

as

có

rbic

o


73

absorbancia a 700 nm frente a un blanco con el disolvente de la muestra, que se

manipula siguiendo el mismo procedimiento. La recta patrón (Figura 3.10) se

realiza con diversas diluciones de una disolución de ácido ascórbico 1 mM

(Merck).

Figura 3.10. Recta de calibrado para el poder reductor.

3.3.11. Protección frente a la oxidación

Las emulsiones y aceites cosméticos se preparan por triplicado, se almacenan en

botes de 25 mL de vidrio con tapa y se exponen a 50 °C en oscuridad durante un

período de varios días. Los botes se sacan periódicamente de la estufa para

tomar muestras a las que se les determinan los valores de peróxido y de

p-anisidina.

El valor de peróxidos (PV) se determina espectrofotométricamente según el

método de Díaz y col. (2003). Las muestras de aceite o de emulsión (0,3 mL) se

añaden a una mezcla de isooctanol/2-propanol (3:2 v/v) (1,5 mL) y se mezclan en

un vortex durante 10 s (tres veces). Tras la centrifugación (2 min a 1000 x g), la

capa superior (0,2 mL) se emplea para la cuantificación de peróxidos empleando

una recta patrón de hidroperóxido de cumeno.

El valor de p-anisidina (PA) se determina espectrofotométricamente (Método

Oficial AOCS no. cd 18-90). El valor de TOTOX se emplea para estimar el

deterioro oxidativo de los lípidos. El valor de TOTOX se define como la suma de

ambos valores (peróxido y p- anisidina); TOTOX = 2 PV + PA.

y = 0,8364x - 0,0304

R2= 0,9932

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4


mM

ác

ido

as

có

rbic

o

4. Resultados y discusión

Resultados y discusión

77

4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

I. RECUPERACIÓN Y CONCENTRACIÓN DE ANTIOXIDANTES DE RESIDUOS

DE LA INDUSTRIA VINÍCOLA

4.1. EMPLEO DE CARBÓN ACTIVO.

4.1.1. Resumen

La adsorción en carbón activo de compuestos bioactivos presentes en i) los

licores embebidos recuperados mediante prensado del bagazo de uva blanca

fermentada después de su destilación (LPBD) y ii) en los hidrolizados obtenidos

por autohidrólisis del mismo bagazo de uva blanca destilado prensado y lavado

(LABD) se realizó en condiciones anóxicas empleando carbones activados (CA)

comerciales disponibles en diferentes presentaciones (pulverulento, granulado, y

peletizado). Las cinéticas de adsorción encontradas, se comportaron de acuerdo

a un modelo de pseudo segundo orden, alcanzando el equilibrio en tiempos de

contacto menores de 15 h. Para describir los datos de equilibrio de adsorción se

han utilizado los modelos de Langmuir y de Freundlich. La capacidad máxima de

adsorción fue de 239,4 mgEAG/g CA. Se realizaron ensayos de adsorción

dinámicos empleando un lecho fijo de carbón activado para evaluar la

recuperación de los compuestos activos de los licores empleados, su posterior

desorción y la posibilidad de regenerar el carbón activo. El empleo de etanol al

96 % condujo a máximos en los rendimientos de recuperación de compuestos

adsorbidos proximos al 20 %, sin afectar a la pureza ni a la actividad antioxidante

de las fracciones eluídas. Tampoco se observó pérdida en la capacidad de

adsorción con cinco ciclos sucesivos de adsorción-desorción con LPBD.

4.1.2. Introducción

El carbón activado se emplea en multitud de trabajos para la eliminación de

compuestos orgánicos presentes en disoluciones acuosas. Son ejemplos de esto,

el tratamiento de aguas residuales industriales (Soto y col., 2011; Méndez-Díaz y

col., 2012), y la eliminación de sustancias coloreadas de zumos (Carabasa y col.,

1998; Arslanoğlu y col., 2005a) y vinagre (Achaerandio y col., 2002b). Otra posible


78

aplicación de los carbones activados es la concentración y la purificación de

compuestos fenólicos a partir de disoluciones acuosas. Un ejemplo de esta

aplicación la aportan Couteau y Mathaly (1997, 1998) que muestran el proceso de

adsorción de ácido ferúlico en carbón activo para su recuperación y concentración

a partir de una disolución acuosa. También se han utilizado resinas poliméricas

para la separación y purificación de compuestos fenólicos a partir de disoluciones

de compuestos puros (Scordino y col., 2004) o de residuos del procesamiento de

vegetales (Scordino y col., 2003; Aehle y col., 2004; Llorach y col., 2004; Zagklis y

col., 2015). El empleo de carbón activo puede proporcionar eficacias similares a

las de las resinas poliméricas para la adsorción de flavonoides (Aehle y col.,

2004), o superiores para la adsorción de compuestos fenólicos simples, como el

ácido ferúlico (Couteau y Mathaly, 1997, 1998) y el ácido salicílico (Otero y col.,

2004 y 2005). Montané y col. (2006) informan de la adsorción favorable de

compuestos derivados de la lignina presentes en licores de autohidrólisis de

cáscara de almendras. Couteau y Mathaly (1997, 1998) mostraron la adsorción

reversible del acido ferúlico. Del mismo modo Otero y col. (2005) informaban del

mismo comportamiento para el ácido salicílico. Sin embargo Aehle y col. (2004)

encontraron buen comportamiento en el proceso de adsorción, pero bajas

recuperaciones de los flavonoides presentes en las espinacas.

El bagazo es el residuo sólido que queda después de la extracción del jugo de la

uva, y representa el principal desecho de la industria vitivinícola. La fermentación

alcohólica del bagazo produce diversos compuestos orgánicos volátiles que se

recuperan por destilación al vapor para la fabricación de bebidas espirituosas o

destiladas (Silva y Malcata, 1999; Silva y col., 2000). El bagazo destilado sigue

siendo un producto de desecho que puede ser quemado en plantas de

cogeneración para producir energía, puede utilizarse en la alimentación del

ganado, aunque principalmente se utiliza como abono en viñedos.

Los licores extraídos por prensado del bagazo una vez destilado (a continuación

referido por el acrónimo LPBD), y los licores de autohidrólisis del bagazo destilado

(denominado por el acrónimo LABD) contienen compuestos fenólicos con mayor

actividad antioxidante que los compuestos antioxidantes sintéticos (Cruz y col.,

2004); por otra parte la composición de LPBD es similar a la de los efluentes o


79

vinazas de las destilerías de bagazo fermentado. Estos efluentes se eliminan

conjuntamente con los bagazos e incluso una parte de estos efluentes se

encuentran embebidos en los bagazos destilados. Los compuestos fenólicos

identificados en estos efluyentes de las industrias destiladoras de los bagazos

fermentados incluyen catequinas (catequina, epicatequina), flavonoles

(quercetina, quemferol, miricetina), ácidos benzoicos (gálico, protocatéquico, 4-

hidroxibenzoico, siríngico, gentísico) y ácidos cinámicos (p-cumárico), cuya

depuración por métodos biológicos es difícil (Borja y col., 1993; Camarillo y

Rincón, 2009; Ramond y col., 2013). Los compuestos más abundantes en estos

efluentes son: ácido gálico, ácido p-cumárico y ácido gentísico, los cuales poseen

una elevada capacidad antioxidante (Moure y col., 2001; Garrote y col., 2004),

aparte de presentar otro tipo de actividades biológicas de interés, como la

actividad antimutagénica y la anticarcinogénica (Lee y col., 2005). Además, estos

compuestos pueden ser metabolizados (Konishi y col., 2004; Margalef y col.,

2014; Heleno y col., 2015) y son estables a altas temperaturas, ya que

permanecen activos después de la destilación a 120-130 °C (Cruz y col., 2007).

Esta investigación evalúa el empleo de carbones activos comerciales como

adsorbentes para la recuperación y purificación de los compuestos fenólicos con

actividad antioxidante presentes en: (i) los licores de prensado de bagazo

destilado (LPBD), y en (ii) los licores de autohidrólisis de bagazo destilado

(LABD).

Se realizaron estudios de equilibrio de adsorción utilizando tres carbones activos

comerciales con propiedades diferentes y también experimentos de adsorción en

columna y desorción con mezclas de etanol-agua para evaluar la recuperación y

purificación de compuestos con actividad antioxidante.

4.1.3. Materiales y métodos

4.1.3.1. Materiales

El bagazo de uva blanca una vez destilado fue suministrado por la Cooperativa

Vitivinícola do Ribeiro (Ourense, España). El bagazo se prensó para recuperar los

licores embebidos en el mismo y una vez prensado se almacenó en bolsas de

http://www.scopus.com/authid/detail.url?origin=resultslist&authorId=6507154349&zone=



80

plástico selladas y se mantuvo a -80 °C. El etanol (96 %) y el butil-hidroxianisol

(BHA) fueron suministrados por Sigma-Aldrich.

El prensado del bagazo destilado se realizó a 1,4 MPa de presión durante 5 min,

manteniendo la presión en todo momento, y se recuperó la fracción líquida que

empapaba los LPBD (Cruz y col., 2004). Los sólidos prensados se lavaron con

agua del grifo, como se mencionó anteriormente (Cruz y col., 2004), y el sólido

resultante se molió y se trató con agua en un reactor Parr® (Moline, Illinois,

EE.UU.) en condiciones no isotérmicas hasta alcanzar los 200 °C utilizando una

relación líquido:sólido de 8:1 g/g (base sólida secada al horno) y con el perfil de

calentamiento más rápido disponible. Una vez que se alcanzó la temperatura

deseada, el reactor se enfrió a 60 °C y se abrió, recuperándose mediante filtración

la fracción líquida, LABD, que se almacenó a 4 °C hasta su uso.

Los tres carbones activados comerciales utilizados en los experimentos fueron:

Darco G-60 (de Sigma Chem Co., Saint Louis, EE.UU.), que es un carbón en

polvo (100-325 de tamaño de malla) al que denominamos CAPu; Darco 12-20 (del

mismo proveedor), en forma granular (12-20 mesh), que nombramos como CAG y

un producto peletizado (de Riedel-de Haën AG, Seelze, Hannover, Alemania) aquí

descrito como CAPe.

4.1.3.2. Adsorción

Para los estudios de equilibrio se prepararon lotes para poner en contacto la

cantidad deseada de adsorbente con LPBD o con LABD en una relación líquido:

sólido de 15:1 en matraces erlenmeyer de 250 mL herméticamente cerrados. Se

introdujeron en un agitador orbital termostatizado a 25 ºC y girando a 100 rpm.

Los carbones activados se vertieron previamente en agua caliente para eliminar el

aire, y se burbujeó nitrógeno en los erlenmeyers antes del proceso de adsorción

para asegurar condiciones anóxicas. Aunque la presencia de oxígeno podría

mejorar la adsorción, también podría inducir la polimerización no deseada y limitar

la recuperación de desorción (Leng y Pinto, 1997; Dąbrowski y col., 2005). Los

experimentos se llevaron a cabo al pH natural de los licores (LPBD eran

ligeramente ácidos y los LABD tenían un pH de 3,5). Se prepararon blancos

usando agua en lugar de LPBD o LABD para evaluar las pérdidas por deterioro de


81

solutos y la adsorción en las paredes del matraz. Después del tiempo de contacto

seleccionado, la suspensión se filtró a través de membranas de nitrato de celulosa

(0,45 μm) y se determinó tanto la concentración de fenólicos totales así como la

actividad antioxidante. La concentración de compuestos fenólicos adsorbidos

sobre CA (denotado por qe, mg/g), se midió como equivalentes de ácido gálico

(EGA) y fue calculada con la ecuación:

A

VCCq ee 0

Ec. [4.1]

donde C0 (mg/L) y Ce (mg/L) son respectivamente las concentraciones de

compuestos fenólicos inicial y de equilibrio, V es el volumen de licores empleado y

A es el peso seco de carbón activo.

Los experimentos se realizaron por triplicado.

4.1.3.3. Experimentos en columna

El CA granular se empapó en agua desionizada y se hirvió para eliminar el aire.

Después de descartar los finos, el sólido se empaquetó en una columna de vidrio

encamisada (diámetro interno 10 mm) a la altura deseada (150-300 mm), y se

pasaron los licores (LPBD o LABD) a través de la columna a una velocidad de

flujo de 1 mL/min utilizando una bomba F10 (Bio-Rad, CA, EE.UU.). Se controló la

temperatura de las disoluciones de alimentación, tanto la de la columna de

adsorción como la de la empleada para la desorción. El efluente de la columna se

recogió a intervalos de tiempo fijos, utilizando un colector de fracciones. A cada

fracción se le determinó la composición y la actividad antioxidante. Una vez

saturada la columna (en funcionamiento con alimentación ascendente) se

procedió a la desorción con etanol con flujo inverso.

4.1.3.4. Métodos de análisis

El contenido en compuestos fenólicos totales se determinó por el método de

Folin-Ciocalteu (Singleton y Rossi, 1965), utilizando como estándar ácido gálico.

La actividad antioxidante se evaluó como la capacidad de eliminación de dos

radicales ampliamente utilizados: DPPH (α,α-difenil-β-picrilhidrazilo) y ABTS (2,2´-


82

azinobis (3-etil-benzo-tiazolina-6-sulfonato)); con el objetivo de medir directa-

mente la actividad de las muestras de los experimentos de adsorción y desorción.

El primer método es más adecuado para muestras en medios etanólicos, mientras

que el segundo es más utilizado en muestras acuosas.

Los ensayos se realizaron de acuerdo a la metodología descrita en los epígrafes

3.3.10.1 y 3.3.10.2 del capítulo de Materiales y métodos.

4.1.4. Resultados y discusión

Las concentraciones de fenoles totales en las muestras de LPBD y LABD fueron

1,47 y 2,68 g/L, respectivamente. Estos valores son similares a los del intervalo

de contenido fenólico documentado para aguas residuales industriales

procesadas por CA (200-2000 mg/L). Los LABD contenían precursores de lignina

generados durante la autohidrólisis como resultado de la despolimerización de la

lignina, incluyendo ácidos benzoicos y cinámicos (gálico, protocatéquico, vaníllico,

isovaníllico, siríngico, p-cumárico), mientras que LPBD contenía principalmente

flavonoides.

4.1.4.1. Cinética de adsorción de LPBD

El transcurso de la adsorción de LPBD se determinó experimentalmente, retirando

los compuestos fenólicos de interés del efluente acuoso y estimando el tiempo de

contacto necesario para alcanzar el equilibrio. En la Figura 4.1 se muestra la

dependencia de la cantidad de compuestos fenólicos totales adsorbidos (medidos

como qt, y expresados como mg de equivalentes de ácido gálico/g CA) con el

tiempo, en ensayos llevados a cabo con los diversos tipos de carbones

empleados.

Para cuantificar la capacidad de adsorción de los adsorbentes empleados

respecto a los compuestos fenólicos en disolución, generalmente se mide la

diferencia de concentraciones del adsorbato en la solución antes de entrar en

contacto con el sólido y después de haberse alcanzado el equilibrio. Este

procedimiento se lleva a cabo a una temperatura constante o en un intervalo

estrecho de temperaturas, sobre el cual se considera que la variación es

despreciable.


83

Se han propuesto varios modelos empíricos para describir el mecanismo de

adsorción, quedando clasificados estos modelos en dos grupos: modelos

cinéticos, como los de pseudo primer y los de pseudo segundo orden, y los

modelos difusionales, como el de difusión intrapartícula.

En los modelos cinéticos se asume que la etapa controlante es la velocidad de

adsorción en la superficie del adsorbente.

Figura 4.1. Curvas de adsorción de compuestos fenólicos (mg EAG/g CA).

Los datos experimentales se ajustaron al modelo de pseudo primer orden,

también conocido como de Lagergren, y al modelo de pseudo segundo orden.

El modelo de Lagergren consiste en una ecuación de pseudo primer orden

basada en una reacción superficial, representada en su forma linealizada por:

Ec. [4.2]

donde qt es la capacidad de adsorción (mg/g) a tiempo t.

La ecuación de Lagergren (Ec. [4.2]) dio una pobre interpretación de los

resultados (Figura 4.2.a con R2 en el intervalo de 0,850 a 0,927) y predicciones no

coherentes para datos de equilibrio a t = ∞.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 10 20 30 40 50

qt (m

g E

AG

/ g

CA

)

Tiempo (h)

CAPu

CAG

CAPe


84

El modelo de pseudo segundo orden asume que la capacidad de adsorción es

proporcional al número de sitios activos ocupados en el adsorbente, siendo la

quimiosorción la etapa controlante del sistema. Este modelo se representa en su

expresión linealizada con la ecuación:

tqqKq

t

eeads

1

1

2

2

Ec. [4.3]

donde t es el tiempo de contacto, qt y qe son las concentraciones de compuestos

fenólicos adsorbidos (expresado como mg/g) en el momento considerado y en el

equilibrio, respectivamente, kads1 es el coeficiente de pseudo-primer orden y kads2

es el parámetro cinético de pseudo segundo orden.

El modelo de difusión intrapartícula considera que la velocidad global de

adsorción de un compuesto sobre una matriz porosa ocurre mediante un

mecanismo de varias etapas. En un primer momento se produce una

transferencia externa de materia desde el efluente hasta las proximidades de la

superficie externa del adsorbente. A continuación se produce el transporte a

través de la capa superficial del líquido en la superficie del adsorbente, para

seguir con la difusión intrapartícula del adsorbato al interior de los poros de la

matriz adsorbente. Como último paso, se tiene la adsorción del adsorbato en el

centro activo del adsorbente. Las etapas de transporte a través de la capa

superficial y la difusión intraparticula son las que controlan la velocidad del

proceso.

Se ha empleado el modelo propuesto por Weber y Morris (1962), el cual supone

que el paso limitante es la difusión intrapartícula. Al realizar la representación del

soluto adsorbido frente a la raíz cuadrada del tiempo de contacto, debería resultar

una recta que pasa por el origen de coordenadas (Ho y col., 2000), sin embargo,

se ha encontrado que la curva presenta multilinealidad (Figura 4.2.c). Esto indica,

que los mecanismos que controlan el proceso de adsorción pueden ser dos o

más.


85

La Figura 4.2b muestra la dependencia lineal de t/qt frente a t, y en la Tabla 4.1 se

muestran los valores de los parámetros cinéticos y los coeficientes de regresión

para los modelos cinéticos aplicados a LPBD. Muchos sistemas de adsorción

pueden ser representados por la cinética de pseudo primer orden, mientras que la

de pseudo segundo orden es más adecuada para sistemas en los que la

quimiosorción es la etapa controlante del proceso (Reddad y col., 2002).

Figura 4.2. Linealización para: (a) un modelo cinético de Lagergren, (b) un modelo de pseudo segundo orden y (c) un modelo de difusión), para muestras de LPBD empleando carbón activo pulverizado (CAPu), granular (CAG) y peletizado (CAPe).

1,0

1,1

1,2

1,3

1,4

1,5

1,6

1,7

1,8

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Lo

g (

qe

-q

)

Tiempo (h)

CAPu

CAG

CAPe

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0 10 20 30 40 50

t / q

Tiempo (h)

CAPu

CAG

CAPe

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 1 2 3 4 5 6 7 8

q (m

g E

AG

/ g

CA

)

t1/2 (h1/2)

CAPu

CAG

CAPe

c)

a)

b)


86

Tabla 4.1. Parámetros obtenidos en el ajuste de los datos de LPBD a un modelo de pseudo primer (Ec. [4.2] y pseudo segundo orden (Ec. [4.3]).

Pseudo-primer orden Pseudo-segundo orden

CA kads1

(h-1

)

qe calc

(mg/g) R

2

kads2

(g/mg·h)

qe calc

(mg/g) R

2

CAPu 0,126 40,9 0,8504 0,010 139 0,999 CAG 0,103 49,5 0,9519 0,005 85,0 0,990 CAPe 0,141 48,9 0,9266 0,006 71,7 0,986

Sobre la base de los datos experimentales y las predicciones de los modelos, el

tiempo de contacto para alcanzar el equilibrio se fijó en 15 h, ya que las

discrepancias entre la predicción del modelo para este tiempo y t = ∞ estaban

dentro del error experimental.

Para la adsorción a partir de muestras de LABD se encontró un comportamiento

similar al de la dependencia con el tiempo de los compuestos fenólicos

adsorbidos (aunque no se muestran los datos y parámetros de ajuste).

4.1.4.2. Isotermas de equilibrio del proceso de adsorción

La forma más usual de representar esta distribución es a través de una isoterma

de adsorción (Ec. [4.1]) (Angeles Villón, 2011), donde se expresa la cantidad de

soluto adsorbido por unidad de peso de adsorbente, qe, como función de la

concentración de soluto remanente en el equilibrio, Ce, a una temperatura fija.

La Figura 4.3a muestra una primera parte de isotermas que exhibieron la forma

de la isoterma tipo L con curva cóncava al eje de concentraciones (Giles y col.,

1974), o de isoterma tipo I de acuerdo con la clasificación IUPAC, siendo la forma

más frecuente encontrada para los procesos de adsorción de compuestos

fenólicos a partir de disoluciones acuosas. Esto sugiere que el anillo aromático se

adsorbe en paralelo a la superficie y que no existe competencia entre el adsorbato

y el disolvente por ocupar los lugares activos de absorción (Dąbrowski y col.,

2005).


87

Sin embargo, en este estudio, hay presentes en los licores empleados, múltiples

solutos; esto se pone de manifiesto en las isotermas que se representan

gráficamente en la Figura 4.3b, donde se muestra como presentan puntos de

inflexión adicionales (que podrían estar relacionados con la finalización de

monocapas y el comienzo de la formación de multicapas en disolución a

concentraciones más altas). La presencia de uno o dos mesetas en las isotermas

ha sido interpretada sobre la base de (i) la formación de una capa doble, (ii) la

orientación diferente con respecto a la superficie, (iii) la existencia de diversos

sitios de adsorción o (iv) el desplazamiento de agua de cualquiera de las

superficies de carbono libre de grupos funcionales (en concentraciones más

bajas) o moléculas de agua unidas a oxígeno de los grupos funcionales (a mayor

concentración) (Nevskaia y col., 1999; Haydar y col., 2003). Se observó la

existencia de mesetas durante la adsorción de fenol en carbón activado,

apareciendo más claramente en muestras oxidadas.

Figura 4.3. Isotermas de adsorción de los compuestos fenólicos de LPBD (a) y LABD (b) sobre carbones comerciales.

Entre los factores que influyen en la adsorción destacan el peso molecular de los

compuestos fenólicos, la posición de los sustituyentes, por la deslocalización de

los electrones sobre el anillo (Dargaville y col., 1996), y la hidrofobicidad, ya que

la capacidad de adsorción aumenta con la disminución de la solubilidad en agua

de los compuestos fenólicos (Dabrowski y col., 2005). Algunos autores sugieren

que la adsorción de fenoles en carbones microporosos pueda ser un proceso de

llenado de microporos, o pueda ser un proceso determinado por las

características ácido-básicas del sistema. No hay correlación entre la adsorción

0

50

100

150

200

250

300

350

0,0 0,5 1,0 1,5

qe

(mg

ph

en

ol

/ g

AC

)

Ce (g/L)

CAPu

CAG

CAPe

0

100

200

300

400

500

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5

qe

(mg

GA

E /

g A

C)

Ce (mg/L)

CAPu

CAG

CAPe

b) a)


88

de fenol y el área superficial total de los carbones activos, pero el tipo de

superficie determina la cinética de adsorción (Terzyk, 2003).

La Figura 4.3a muestra que para los experimentos realizados con LPBD, la

capacidad de adsorción máxima (qmax) lograda con CAPu fue significativamente

mayor que la alcanzada con CAG y CAPe. La capacidad de adsorción para CAPu

está en el intervalo de los valores observados para distintos compuestos

aromáticos como la adsorción de fenol (169 mg/g Filtrasorb F400) (Otero y col.,

2005), de ácido salicílico (351 mg/g Filtrasorb F400) (Otero y col., 2005), de

benzaldehído (385 mg/g) (Mondal y Lalvani, 2000) y de compuestos fenólicos

puros (216- 276 mg/g) (Hindarso y col., 2001). Este comportamiento, donde CAPe

presenta un valor inferior de capacidad de adsorción respecto a CAPu para

compuestos fenólicos y flavonoides simples, también se ha confirmado que

sucede en la decoloración de vinagre (Achaerandio y col., 2002a).

La isoterma de Langmuir se utiliza para describir la cobertura de una monocapa

completa saturada con moléculas de adsorbato sobre una superficie que contiene

un número finito de sitios de adsorción con energía homogénea. Su forma

matemática es la siguiente:

Ec. [4.4]

donde qm (mg soluto/g adsorbente) es la capacidad máxima de adsorción

correspondiente para completar la monocapa, Ce es la concentración de

compuestos fenólicos en disolución (mg/L) en el equilibrio y b es un parámetro

utilizado para definir el factor de separación RL, definido como:

Ec. [4.5]

donde C0 es la concentración inicial de fenólicos (mg/L).

Según Hall y col. (1966), la adsorción no es favorable cuando RL> 1; se produce

adsorción para RL = 1; la adsorción es favorable para valores de RL entre 0 y 1 y

es irreversible cuando RL = 0.


89

El valor de RL es de 0,11 cuando se emplea carbón activo pulverizado, Darco G-

60, por lo que la adsorción es favorable.

El parámetro qm es particularmente útil en la evaluación del rendimiento de

adsorción, especialmente en los casos en que el adsorbente no llega a su plena

saturación, dado que permite la comparación indirecta entre diferentes

adsorbentes.

El modelo de Freundlich (Ec. [4.6]) es una expresión de origen empírico que se

consideraba, en un principio, para un mecanismo de adsorción análogo al que

considera el modelo de Langmuir. Este modelo asume que puede ocurrir una

adsorción infinita, y describe las condiciones de equilibrio para lugares de

adsorción heterogéneos en los cuales la adsorción se lleva a cabo ocupando

primero los sitios de mayor afinidad y luego el resto.

Este modelo también asume que el proceso de adsorción se rige por mecanismos

de adsorción tipo físico, diferenciándose del modelo de Langmuir que supone un

proceso de adsorción químico.

Matemáticamente el modelo se describe como una relación exponencial,

Ec. [4.6]

donde da una estimación de la capacidad de adsorción del adsorbente

(dependiendo de la temperatura, área de superficie del adsorbente y la atracción

relativa de los solutos en una mezcla para la superficie sólida), y es un

parámetro relacionado con la intensidad de la adsorción.

Con la pendiente y el intercepto de la ecuación linealizada puede calcularse el

valor de las constantes. La magnitud del parámetro n indica si es favorable y la

capacidad de adsorción del sistema adsorbato/adsorbente. Cuando n>1 el

sistema presenta condiciones favorables de adsorción. En general, un sistema de

adsorción favorable será aquel que muestra valores de n comprendidos entre 1 y

10 (Moreno, 2013).


90

El modelo de Freundlich se ha utilizado para describir los datos de adsorción en

un amplio intervalo de concentraciones en fase líquida, de menos de 100 ppm a

más de 20.000 ppm (Kilduff y col., 1997). Ambas ecuaciones de Freundlich y

Langmuir dieron un buen ajuste de los datos experimentales de adsorción en CA

de las soluciones de LPBD y de las de LABD a concentraciones de soluto

moderadas (Ce ≤ 1.000 mg/L para LPBD y 2.000 mg/L para LABD).

La Figura 4.4 muestra la concordancia entre los datos experimentales obtenidos y

las predicciones del modelo de Langmuir para este intervalo de concentración,

enumerándose en la Tabla 4.2 los valores de los parámetros ajustados y los

coeficientes de regresión.

Figura 4.4. Linealización de la ecuación de Langmuir para la adsorción de compuestos fenólicos de (a) LPBD y (b) de LABD.

La capacidad de absorción encontrada para los compuestos de LABD fue mayor

que para los de LPBD. En los procesos realizados con LABD, tanto la forma de

las curvas de adsorción como los valores RL calculados a partir de la constante b

de la ecuación de Langmuir (0,034, 0,029, 0,074 para CAPu, CAG y CAPe,

respectivamente), indicaron que la adsorción era favorable. Los valores de RL

CAPuy = 0,829x + 0,004

R2 = 0,982

CAGy = 3,729x + 0,011

R2 = 0,992

CAPey = 5,751x + 0,010

R2 = 0,994

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,00 0,01 0,01 0,02 0,02 0,03 0,03

1 / q

e

1 / Ce

CAPuy = 0,553x + 0,004

R2 = 0,955

CAGy = 0,792x + 0,007

R2 = 0,971

CAPey = 1,443x + 0,007

R2 = 0,983

0,00

0,01

0,01

0,02

0,02

0,03

0,03

0,04

0,04

0,05

0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06

1 / q

e

1 / Ce

a)

b)


91

determinados para LPBD fueron 0,115, 0,187 y 0,279 en los experimentos

llevados a cabo con CAPu, CAG y CAPe, respectivamente.

Figura 4.5. Linealización de la ecuación de Freundlich para la adsorción de compuestos fenólicos de (a) LPBD y (b) de LABD.

La Figura 4.5 muestra la linealización de los datos experimentales mostrados en

las isotermas de la Figura 4.3 al modelo de Freundlich.Los parámetros del modelo

y los coeficientes de regresión se muestran en la Tabla 4.2.

Tabla 4.2. Factor de separación (RL) y constantes de Langmuir y Freundlich para las isotermas de adsorción de fenólicos totales, expresados como equivalentes de ácido gálico, en carbón activo.

LANGMUIR FREUNDLICH

qm

(mg/g)

b

(L/mg) R

2 RL

KF

(L1/n

/(g mg((1/n)_1)

)) 1/n R

2

Licores extraídos por presión de bagazo destilado (LPBD)

CAPu 239 0,0051 0,975 0,115 6,63 0,527 0,956

CAG 93,4 0,0029 0,992 0,187 1,18 0,605 0,980

CAPe 102 0,0017 0,993 0,279 0,530 0,715 0,996

Licores de autohidrólisis de bagazo destilado (LABD)

CAPu 236,8 0,0069 0,992 0,034 6,89 0,525 0,981

CAG 121,1 0,011 0,963 0,029 7,63 0,414 0,996

CAPe 141,2 0,0047 0,988 0,074 4,10 0,500 0,989

Según el modelo de Freundlich, la fuerza de adsorción, dada por KF es mayor

para los compuestos de los LABD, y con CAG y CAPe, se logró una mayor

capacidad de adsorción que con CAPu (Tabla 4.2). Este tipo de carbón también

alcanzó la capacidad máxima de absorción de compuestos de LPBD. Los valores

de n son comparables a los publicados por Montané y col. (2006) para la

CAPuy = 0,530x + 1,884

R2 = 0,972

CAGy = 0,605x + 0,168

R2 = 0,982

CAPey = 0,715x - 0,634

R2 = 0,997

0

1

2

3

4

5

6

2 3 4 5 6 7 8

Ln

qe

Ln Ce

CAPu

y = 0,525x + 1,930R2 = 0,984

CAG

y = 0,414x + 2,032R2 = 0,996

CAPey = 0,515x + 1,302

R2 = 0,988

0

1

2

3

4

5

6

7

2 3 4 5 6 7 8

Ln

qe

Ln Cea) b)


92

adsorción de productos derivados de la lignina presentes en licores de

autohidrólisis.

Desde un punto de vista práctico, la información más valiosa es la actividad

antioxidante de la fracción adsorbida. En nuestro caso, se midió la actividad

antioxidante mediante el método de captación de radical ABTS [2,2'-azinobis (3-

etilbenzotiazolina-6-sulfonato)], expresado como TEAC. Se obtuvieron los datos

experimentales para evaluar los datos de equilibrio, que se midió en términos de

TEAC adsorbidos/g adsorbente para la fase sólida frente a los valores de TEAC

en disolución (Figura 4.6).

Según la clasificación IUPAC, la forma de las isotermas corresponde a las de tipo

II o tipo III, característica de adsorbentes porosos o macroporosos con una amplia

gama de tamaños de poro, que muestran interacciones fuertes y débiles,

respectivamente. Esta forma ''S", similar a la observada por Giles y col. (1974 a y

b) y Dabrowski y col. (2005), podría sugerir adsorción cooperativa o que la

energía de activación para la desorción es dependiente de la concentración y/o

reducida por la contribución negativa del disolvente o de otro soluto.

Figura 4.6. Isotermas de adsorción de los compuestos activos como captadores de radicales ABTS, expresados como TEAC.

A pesar de la similitud de la química entre el método de Folin-Ciocalteau y los

ensayos de captación de radicales ABTS (Roginsky y Lissi, 2005), las isotermas

muestran una forma diferente, probablemente debido a la compleja composición

de las disoluciones utilizadas, y el distinto comportamiento y las interacciones

existentes entre los compuestos presentes. Los compuestos fenólicos, reductores

y, posiblemente los quelantes de metales, se determinaron con el método de

0

50

100

150

200

250

0,0 0,4 0,8 1,2 1,6 Ce (g/L)

CAPu

CAG

CAPe

0 20

40 60

80

100 120

140

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5

Ce (g/L)

CAPu

CAG

CAPe

a) b)


93

Folin-Ciocalteau, pero también se han observado interferencias con los azúcares,

aminas aromáticas, dióxido de azufre, ácidos orgánicos, enediol, reductonas, o

Fe (II) (Prior y col., 2005).

4.1.4.3. Experimentos de adsorción-desorción en columna

Los estudios de adsorción en columna, a diferencia de los experimentos en batch,

no funcionan bajo condiciones de equilibrio entre el soluto presente en la fase

líquida y el soluto adsorbido por unidad de masa del adsorbente. En los procesos

en columna, una capa determinada de adsorbente se encuentra en contacto

continuo con solución fresca de adsorbato que entra y sale continuamente de la

columna. Por este motivo, en un sistema de adsorción en columna nunca se

alcanza un equilibrio completo entre el soluto en disolución y el presente en el

adsorbente (Chowdhury y col., 2015). Los procesos de adsorción en columnas de

lecho fijo y flujo continuo presentan ventajas frente a los sistemas de adsorción

por lotes en modo estático, dado que las velocidades de adsorción dependen de

la concentración del soluto en la solución a tratar.

En la Figura 4.7 se muestra el fundamento de un sistema de adsorción dinámico

desarrollado en una columna de lecho fijo empacada con un material adsorbente,

el cual está en contacto con un líquido que contiene un soluto de concentración

conocida que se desea retirar del mismo. El comportamiento de este tipo de

sistemas se explica en función de las curvas de saturación o curvas de rotura.

Figura 4.7. Representacion esquemática y curva de rotura características de un proceso de adsorción en columnas de lecho fijo.

C/C0

0

1ZTM

tb t1/2 te

C0 C0 C0 C0 C0 C0

C C C C C C


94

Inicialmente, el adsorbente elimina el soluto de manera eficaz y rápida, saliendo el

efluente libre de soluto. Según se va pasando muestra de soluto el adsorbente

próximo a la entrada se satura y se genera un gradiente de concentraciones por

encima de esta zona saturada. La región por debajo de este gradiente se conoce

como zona de transferencia de materia (ZTM) y a este gradiente se le conoce con

el nombre de frente de onda y tiene habitualmente forma de S. Cuando este frente

de onda alcanza la salida de la columna, la concentración del adsorbato en el

efluente comienza a aumentar y cuando este alcanza valores entre el 1 % y 5 %

del valor de la concentración de entrada se dice que el sistema ha alcanzado el

punto de rotura. Esta posición se puede emplear para calcular un parámetro

conocido como “longitud de lecho no empleado” (LLnE) que representaría la

distancia desde el punto del lecho de adsorbente donde el frente de onda alcanza

el punto de rotura y el punto final del lecho (Couper y col., 2012). El tiempo de

agotamiento o saturación del lecho se alcanza cuando la concentración de

soluto/adsorbato en el efluente es en la práctica el valor de concentración de

entrada o un alto porcentaje del mismo (90-95%).

Los estudios de adsorción en columna con un lecho fijo de CAG se realizaron

empleando licores de prensado de bagazo destilado (LPBD). Se seleccionó el

carbón CAG puesto que mostró una capacidad de adsorción favorable y ventajas

frente al pulverizado a la hora de empacar la columna, evitando la compactación

del mismo y la formación de vías de flujo preferenciales.

Los disolventes más comunes empleados como eluyentes son los alcoholes.

Entre ellos, el metanol, que es el más adecuado para la regeneración, pero frente

a éste, el etanol, presenta ventajas comparativas respecto a la mejor utilización de

los compuestos en alimentación y/o en aplicaciones cosméticas.

La Figura 4.8 muestra la desorción lograda empleando etanol al 96 % como

eluyente y a una temperatura de proceso de 20 °C, en donde el rendimiento de

recuperación de compuestos fenólicos fue aproximadamente del 9 %. Un

comportamiento similar se observó en el estudio publicado por Aehle y col. (2004)

sobre flavonoides de espinaca, mientras que, Couteau y Mathaly (1997) lograron

una mayor recuperación de ácido ferúlico de licores de azúcar de remolacha

empleando carbón activado en polvo y granular. Otero y col. (2005) describen


95

como la adsorción del ácido salicílico sobre carbón activado es reversible, aunque

requieren tiempos más prolongados que con el empleo de resinas. En las

condiciones experimentales seleccionadas (20 °C con etanol 96 %) la

recuperación de compuestos fenólicos desde LABD fue casi del 21 % de los

compuestos fenólicos adsorbidos en CAG. Esta mayor recuperación puede

atribuirse a que los LPBD presentan un mayor contenido en flavonoides, y éstos

pueden adsorberse de modo irreversible en carbón activo (Aehle y col., 2004).

Figura 4.8. Efecto del ciclo de desorción en la recuperación de compuestos fenólicos presentes en LPBD y en LABD operando en un lecho de CA granular. La elución se lleva a cabo con etanol al 96% a 20 ºC y 1 mL/min. Desorción, alcanzada en el pico principal y en el área total, se expresa como porcentaje de compuestos fenólicos adsorbidos.

La capacidad de captación de radicales libres de los extractos etanólicos eluídos

se determinó con el método de captación del radical DPPH y la potencia

antioxidante se expresó como porcentaje de inhibición (PI) por gramo de extracto.

La actividad de los extractos desorbidas con etanol del 96 % y con etanol del

12 60 120Tiempo (min)

Ab

s 2

77

nm

0,0

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40Etapa

1

2

3

4

5

6

0,0

Ab

s 2

77

nm

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

Tiempo (min)

12 60 120 180

Recuperación de fenoles

Etapa Pico Total

1

2

3

4

5

6

8,59

13,55

21,53

20.90

20,40

23,22

15,26

21,65

31,70

31,10

33,34

36,44

1

2

3

4

5

6

20,90


96

70 % fue similar y comparable a la del licor inicial, y ligeramente menor que el

valor alcanzado con BHA.

El porcentaje limitado de compuestos fenólicos adsorbidos que pudieron eluírse

sugiere que ha ocurrido quimiosorción en la superficie de carbono a pesar del

valor de pH ácido, las condiciones anóxicas y el tiempo de equilibrio relativamente

corto para evitar el acoplamiento oxidativo (Kilduff y King, 1997); algunos

sustituyentes del anillo aromático también podrían causar mayores grados de

irreversibilidad (Dabrowski y col., 2005). Sin embargo, el mecanismo detallado de

la irreversibilidad de la adsorción de fenol sobre carbón y la influencia del tipo de

grupos funcionales superficiales son desconocidos (Terzyk, 2003).

La regeneración del carbón activo del lecho saturado con compuestos fenólicos

de LPBD se evaluó mediante la elución con etanol al 96 %. En la Figura 4.8 se

muestran las curvas de desorción a través de sucesivos ciclos de regeneración, y

también se resume la recuperación de compuestos fenólicos alcanzada en el pico

principal y en toda la curva. Hasta el tercer ciclo se observa un aumento de los

valores y luego, durante cinco ciclos más, se observan valores estabilizados

equivalentes al 20 % de la cantidad adsorbida. La operación de adsorción-

desorción fue estable en los seis ciclos ensayados.

4.1.5. Conclusiones

Se ha comprobado que la adsorción en carbón activo es útil para retener

compuestos fenólicos con actividad antioxidante, presentes en licores de

prensado de bagazo destilado (LPBD) y en los licores generados tras la

autohidrólisis del bagazo (LABD). La cinética del proceso sigue un modelo de

pseudo segundo orden y el equilibrio ajusta a los modelos de Langmuir y de

Freundlich. Operando en lecho fijo se confirmó la posibilidad de operar de modo

estable durante cinco ciclos, manteniendo la pureza y la actividad antioxidante de

las fracciones. La desorción puede llevarse a cabo con disoluciones de etanol al

mismo tiempo que se logra la regeneración del adsorbente. Sin embargo, no se

ha logrado llevar a cabo una desorción selectiva de los compuestos fenólicos.


97

4.2. EMPLEO DE RESINAS POLIMÉRICAS NO IÓNICAS


Los residuos agroindustriales, derivados de la transformación industrial del vino y

sus destilados, contienen compuestos de naturaleza fenólica considerados, desde

un punto de vista medioambiental, altamente tóxicos y responsables, por tanto, de

un problema ambiental importante en las áreas de producción. Sin embargo,

estos mismos compuestos también se consideran valiosos y de elevada

aplicabilidad en las industrias cosméticas, alimentarias y farmacéuticas.

El bagazo generado en la etapa de prensado, cuando se produce el mosto, es

una fuente de antioxidantes ampliamente estudiada, principalmente de

catequinas, flavonoles, ácidos benzoico y cinámico (Saura-Calixto, 1998; Bonilla

y col., 1999; Torres y Bobet, 2001). En las industrias vinícolas que aprovechan

este bagazo prensado produciendo destilados presentan como residuo final de la

planta, el bagazo una vez destilado. Cruz y col. (2007) encontraron que los

compuestos fenólicos extraídos del bagazo destilado (residuo de la obtención de

bebidas espirituosas) son más activos que los obtenidos a partir del bagazo

prensado (vinificación tradicional) y son altamente termoestables (Cruz y col.,

2007).

Una alternativa para la recuperación de antioxidantes desde el bagazo

fermentado una vez destilado, consiste en el empleo de la fase líquida que

acompaña al bagazo. Este líquido presenta una capacidad de eliminación de

radicales comparable a los antioxidantes sintéticos, pero la pureza en compuestos

fenólicos es baja (15%, base seca) (Cruz y col., 2004). Esta utilización directa del

bagazo destilado ofrece ventajas ya que: i) el bagazo de destilería se valorizaría,

ii) no sería necesaria la extracción con disolventes de un sólido húmedo, y iii) la

reutilización agrícola final del bagazo se vería favorecida ya que el contenido

fenólico se reduce.

Por otra parte, desde un punto de vista nutricional, los polifenoles son los

constituyentes más importantes del bagazo y en estudios toxicológicos realizados

a las fracciones de compuestos fenólicos extraídos del bagazo han resultado ser


98

inocuos (Bentivegna y Whitney, 2002) por lo que su extracción podría ser

planteada como un proceso de revalorización de este residuo.

Tal como se indicó en el apartado previo, una alternativa para recuperar los

compuestos fenólicos de la fase líquida que acompaña al bagazo fermentado una

vez ha sido destilado, consiste en la puesta en contacto de este efluente sobre

carbón activado. Este proceso de absorción se realizó con éxito, por lo que el

problema medioambiental de los efluentes que se generan durante la destilación

de los orujos se podría solucionar, sin embargo la recuperación de los

compuestos adsorbidos no se consiguió realizar de manera satisfactoria por lo

que la revalorización del efluente no fue posible (Soto y col., 2008).

Diaz-Reinoso y colaboradores (2010) observaron que la adsorción de compuestos

fenolicos de uva, sí era reversible cuando ésta se realizaba sobre resinas

poliméricas. En el trabajo de Díaz-Reinoso y col. los compuestos fenólicos

presentes en el licor obtenido por prensado del bagazo destilado se concentraron

mediante tecnología de membranas. El concentrado obtenido se refina

posteriormente mediante un proceso de adsorción-desorción empleando resinas

poliméricas no iónicas como adsorbente y etanol como disolvente para la

recuperación de los compuestos fenólicos previamente adsorbidos. La adsorción

directa en resinas comerciales de los componentes fenólicos de los residuos que

salen de la bodega, podría representar una alternativa sencilla que todavía no ha

sido valorada.

Estas resinas de adsorción son polímeros altamente reticulados con una gran

superficie y numerosos poros permanentes. En los últimos años, muchos estudios

han demostrado la eficacia de este tipo de resinas en el diseño de nuevos

procesos de adsorción-desorción teniendo a un gran número de compuestos

bioactivos como absorbatos. Las principales ventajas que las resina poliméricas

aportan a los procesos de adsorción-desorción son: i) una amplia gama de

estructuras y propiedades, ii) una alta capacidad de adsorción y selectividad, iii)

una elevada eficacia para recuperar y separar compuestos, iv) una alta estabilidad

química y v) un bajo gasto de operación, por su relativo bajo coste y su fácil

regeneración.


99

Revisando la bibliografía se observa un aumento en el número de publicaciones

en las cuales se describe el empleo de resinas macroporosas para la

recuperación y la concentración no térmica de compuestos polifenólicos. Se

describe también el empleo de resinas para el fraccionamiento de extractos

naturales obtenidos a partir de productos y subproductos de la industria

alimentaria, entre ellos la cáscara de cítricos y las melazas (Grohmann y col.,

1999), manzana y orujo de uva (Kammerer y col., 2005; Kammerer y Carle, 2008;

Cardona y col., 2009; Kammerer y col., 2011) o para los extractos en disolventes

de los licores de autohidrólisis de bagazo (Conde y col., 2011).

Los compuestos fenólicos identificados en los productos y efluentes de la industria

vinícolas, se hallan presentes en la dieta y presentan elevada capacidad

antioxidante, confiriendo protección contra algunas enfermedades crónicas y

degenerativas (Sun y col., 2010; Williamson y Carughi, 2010), además de ser

compuestos metabolizables (Nardini y col., 2009) y estables a elevadas

temperaturas (Cruz y col., 2007). En base a estas propiedades, un extracto

enriquecido en compuestos fenólicos obtenido de los desechos de las bodegas

vinícolas podría tener interés en diferentes nichos de mercado como la industria

alimentaria, industria farmacéutica y cosmética. Estos extractos enriquecidos

pueden ser propuestos como agentes protectores de la oxidación durante el

almacenamiento y como componentes bioactivos en la formulación de alimentos

funcionales.

4.2.2. Selección de resinas y operación en discontinuo

4.2.2.1. Resumen

Los subproductos de la uva y del vino han sido ampliamente estudiados en la

recuperación de compuestos fenólicos que presentan actividad antioxidante y una

gran variedad de acciones biológicas. En este estudio se ha propuesto la

recuperación selectiva y la concentración de los compuestos fenólicos de la fase

líquida separada de los residuos de destilería. Se estudió la adsorción sobre

resinas poliméricas no iónicas y la desorción con disoluciones etanólicas. Para

ello, se seleccionaron varias resinas comerciales de grado alimentario con el fin

de seleccionar la más adecuada para la recuperación práctica de compuestos








100

fenólicos con capacidad de eliminación de radicales. Empleando resinas

previamente seleccionadas, Sepabeads SP207 o Diaion HP20, y en las

condiciones optimizadas de desorción (eluyendo con etanol al 96 % a 50 °C) se

obtuvo un producto de color amarillo pardo de textura pulverulenta y con un

contenido fenólico del 50 % en peso, expresado como equivalentes de ácido

gálico. La capacidad de eliminación de radicales de un gramo de producto fue

equivalente a 2-3 g de Trolox.

4.2.2.2. Objetivos

El principal objetivo de este capítulo es el de seleccionar las resinas poliméricas

comerciales de grado alimenticio más adecuadas para la adsorción eficaz de

compuestos fenólicos con actividad antioxidante presentes en los efluentes

(vinazas) de una industria vinícola. Tras la separación de la fase sólida y fase

líquida de los bagazos obtenidos de una cooperativa local; el efluente obtenido se

diluye con agua hasta una concentración adecuada de compuestos polifenólicos

dentro de un intervalo de concentraciones habitual en este tipo de procesos de

adsorción-desorción.

Con esta muestra uniforme y de concentración adecuada se realizaron estudios

cinéticos para comparar la capacidad de adsorción de las diferentes resinas

empleadas en este estudio y establecer el tiempo requerido para alcanzar el

equilibrio. Para las resinas seleccionadas en función de su capacidad de

adsorción, se optimizaron las condiciones experimentales de desorción para

obtener extractos concentrados enriquecidos selectivamente en los componentes

activos.


101

4.2.2.3. Materiales y métodos

4.2.2.3.1. Materiales

Tanto los bagazos como los licores preparados están descritos en el capítulo de

materiales y métodos en los apartados 3.1.1.1 y 3.1.2.1, respectivamente.

Asimismo las resinas poliméricas no iónicas empleadas se encuentran descritas

en el mismo capítulo en el epígrafe 3.1.3.2.

4.2.2.3.2. Métodos analíticos

El contenido de compuestos fenólicos totales se determinó mediante el ensayo de

Folin-Ciocalteu (epígrafe 3.3.5) y se expresó como equivalentes de ácido gálico

(EGA).

La identificación y de compuestos fenólicos se realizó en un cromatógrafo Agilent

1100 HPLC (epígrafe 3.3.7). La cuantificación se realizó a partir de curvas de

calibración obtenidas con los compuestos patrón disueltos en metanol.

El contenido en azúcares totales se determinó espectrofotométricamente por el

método de la Antrona (epígrafe 3.3.6) y se expresó como equivalentes de

glucosa.

Los compuestos volátiles se determinaron mediante espectrometría de masas

unida a cromatografía de gases (GC-MS) (epígrafe 3.3.8). Los compuestos se

identificaron comparando el tiempo de retención y los espectros de masas con

datos de la biblioteca de espectros de masas (Wiley 7n) y compuestos patrones

determinados previamente. La cuantificación se realizó por el método de patrón

interno (utilizando 3-octanol como estándar).

El grado de polimerización de las procianidinas se estimó mediante cromatografía

de fase reversa (RP-HPLC) de las fracciones despolimerizadas presentes en el

medio de reacción después de la tiolisis a 65 °C del producto desorbido diluido en

metanol (epígrafe 3.3.9). La actividad antioxidante se evaluó como la capacidad

de captación del medio de radicales ABTS [2,2'-azinobis (3-etilbenzotiazolina-6-

sulfonato)] y se expresó como TEAC (epígrafe 3.3.10).


102

4.2.2.4 Resultados y discusión

4.2.2.4.1. Adsorción de antioxidantes en resinas poliméricas no iónicas

Para cuantificar la capacidad de adsorción de las resinas empleadas respecto a

los compuestos fenólicos en disolución en las vinazas, generalmente se mide la

diferencia de concentraciones del adsorbato en la solución antes de entrar en

contacto con el sólido y después de haberse alcanzado el equilibrio. Este

procedimiento se lleva a cabo a una temperatura constante o en un intervalo

estrecho de temperaturas, sobre el cual se considera que la variación es

despreciable. Este procedimiento se conoce como isotermas de adsorción para

las cuales es necesario fijar un tiempo de contacto, entre adsorbente y absorbato,

adecuado para alcanzar las condiciones de equilibrio. Para determinar este

tiempo de contacto se estudia previamente las cinéticas de adsorción de los

compuestos fenólicos sobre las diferentes resinas disponibles.

Cinéticas de adsorción

Para la selección de los adsorbentes más eficaces se determinó la capacidad de

adsorción de todas las resinas disponibles. Se comenzó determinando el tiempo

del proceso con dos resinas Amberlite (XAD16HP, XAD4) ensayando con un

tiempo de proceso de hasta tres horas (Figura 4.9.b y 4.10.b). En función de estos

resultados se fija el tiempo del proceso de absorción en 20 minutos.

La tasa de adsorción de compuestos fenólicos totales (qe) y su influencia en la

capacidad de captación del radical ABTS se determinan como la cantidad,

expresada en miligramos, de equivalentes de ácido gálico (EAG) por gramo de

resina húmeda empleada y como la cantidad de equivalentes de Trolox (mg ET)

por gramo de resina respectivamente.


103

Figura 4.9. Capacidad de adsorción de compuestos fenólicos de las resinas ensayadas (a) Sepabeads y (b) Amberlite.

En la Figura 4.9 se muestra la dependencia del proceso de adsorción con el

tiempo de contacto entre los distintos adsorbentes y la disolución de vinazas

empleada. Los adsorbentes comerciales proporcionados por Resindion S.r.l

(resinas de la gama Sepabeads y Diaion) presentan una mayor capacidad de

adsorción (Figura 4.9.a) que las resinas proporcionadas por Rohm and Haas

(Amberlite) (Figura 4.9.b). Este mismo comportamiento se observa para la

capacidad de adsorción de los compuestos fenólicos presentes en las muestras

de vinazas y su relación con la actividad antiradicalaria eliminada del efluente

empleado (Figura 4.10). En este caso los tiempos necesarios para alcanzar el

equilibrio son menores para resinas manufacturadas por Resindion S.r.l.

Los porcentajes de eliminación de compuestos fenólicos de la muestra empleada

por parte de las diferentes resinas estudiadas se encuentran en el intervalo del

67 al 90 % de los compuestos fenólicos presentes inicialmente. La capacidad de

adsorción de los compuestos, en orden de valores creciente, se muestra entre

paréntesis, y así, el porcentaje de adsorción para cada una de ellas, sería: Diaion

HP2MG (68,7); Diaion HP20 (75,2); Amberlite XAD2 (69,2); Amberlite XAD7HP

(70,4); Amberlite XAD1180 (75,3); Amberlite XAD761 (79,2); Amberlite XAD16HP

(80,2); Amberlite XAD 4 (81,8); Sepabeads SP 70 (83,6); Sepabeads SP 850

(84,1); Sepabeads SP 825 (85,6); Sepabeads SP 207 (88,1); y Sepabeads SP

700 (89,5).

Como se observa en la Figura 4.9 el tiempo para alcanzar el estado estacionario

b) a)


104

fue relativamente corto (20 min) para la mayoría de las resinas estudiadas.

Únicamente las Amberlite XAD2 y XAD4 necesitaron de tiempos de contacto

superiores a los 150 min. Teniendo en cuenta estos resultados se fijó un tiempo

de contacto de 30 minutos para los ensayos de determinación de las isotermas de

equilibrio. Las resinas, empleadas en este estudio, resultan ser absorbentes de

compuestos fenólicos más eficaces que los carbones activos probados en el

capitulo anterior. Como se puede comprobar, el tiempo de contacto para alcanzar

el estado estacionario es menor para las resinas que el que se encontró para los

carbones ensayados previamente.

La Figura 4.10 muestra que el tiempo de contacto seleccionado (30 min) es

suficiente para la captación de compuestos con capacidad antioxidante puesto

que a los 15 minutos ya se ha alcanzado el estado de estacionario para todas las

resinas menos para las amberlite XAD 2 y XAD 4. De las curvas de capacidad de

absorción de la Figura 4.10 a y b se puede comprobar como en 2 min el 91 % de

los productos activos se absorben sobre las resinas Sepabeads SP207, SP70,

SP825 y SP850. Mientras que para el mismo tiempo de contacto se tiene una

capacidad de absorción de entre el 64 y el 78 % para las resinas Diaion HP20 y

HP2MG, y las Amberlite XAD 7HP, XAD 16HP, XAD761 y XAD1180. Del mismo

modo como se ha comentado con anterioridad, las resinas Amberlite XAD2 y

XAD 4 necesitan 20 minutos de tiempo de contacto para conseguir porcentajes de

adsorción similares a los mostrados por el resto de resinas ensayadas.

Figura 4.10. Capacidad de adsorción de resinas comerciales de compuestos con actividad antioxidante determinada como equivalentes en Trolox desde efluentes de desechos de bodega sobre diferentes resinas comerciales.

b) a)


105

Se modelizaron los resultados mostrados en las Figuras 4.9 y 4.10 para

determinar las constantes cinéticas del proceso así como para determinar el valor

calculado de la capacidad máxima de adsorción (qm). De los diversos modelos

empíricos existentes para describir el mecanismo de adsorción, se eligieron para

este estudio dos modelos clasificados dentro del grupo de modelos cinéticos: el

modelo de pseudo primer y de pseudo segundo orden. Estos modelos cinéticos

asumen que la etapa controlante es la velocidad de adsorción en la superficie del

adsorbente.

Figura 4.11. Linealización de los datos cinéticos experimentales con los modelos cinéticos de (a) pseudo primer orden y (b) de pseudo segundo orden empleando diferentes resinas comerciales.

Para todas las resinas probadas, los valores de R2 (0,8544 a 0,9855) observados

con pseudo primer orden fueron inferiores a los encontrados con modelos de

pseudo segundo orden (0,9929 a 0,9999). De acuerdo con estos valores, que se

resumen en la Tabla 4.3.a, la cinética de adsorción siguió un modelo de pseudo

segundo orden, también documentado para otros compuestos fenólicos y resinas

(Zhang y col., 2008; Kammerer y col., 2010; Conde y col., 2011). Del mismo modo

en las Figuras 4.11 (a-b) se muestran las representaciones gráficas de los ajustes

matemáticos realizados por los modelos ensayados y la bondad de los mismos de

acuerdo con el coeficiente de determinación R2 mostrado en la Tabla 4.3.

a) b)


106

Tabla 4.3. Parámetros cinéticos y coeficientes de regresión para los modelos cinéticos ensayados aplicados a la adsorción de (a) fenólicos totales y (b) capacidad captadora de radicales ABTS.

a

Modelo de pseudo-primer orden Modelo de pseudo-segundo

orden

k1

(min−1)

qe calc

(mg/g) R2

k2

(g/mg·min)

qe calc

(mg/g) R2

Amberlite

XAD2 0,046 0,80 0,8544 0,445 1,95 0,9996

XAD4 0,038 1,54 0,9376 0,221 1,95 0,9897

XAD7HP 0,375 0,49 0,9716 2,44 1,98 0,9997

XAD16HP 0,484 0,89 0,9826 1,34 2,36 0,9997

XAD761 0,298 0,70 0,9612 1,36 2,29 0,9999

XAD1180 0,380 0,47 0,9597 2,34 2,20 0,9999

Diaion

HP20 0,407 0,56 0,9614 1,98 2,21 0,9999

HP2MG 0,446 0,38 0,9716 3,22 1,94 0,9999

Sepabeads

SP70 0,269 0,52 0,8779 1,99 2,42 0,9998

SP207 0,371 0,65 0,9855 1,69 2,58 0,9998

SP700 0,436 0,46 0,9681 2,79 2,61 0,9999

SP825 0,437 0,51 0,9716 2,43 2,42 0,9999

SP850 0,335 0,72 0,9630 1,39 2,47 0,9998

b

Modelo de pseudo-primer orden Modelo de pseudo-segundo

orden

k1

(min−1

)

qe calc

(mg/g) R2

k2

(g/mg·min)

qe calc

(mg/g) R2

Amberlite

XAD2 0,092 3,81 0,9475 0,16 7,91 0,9998

XAD4 0,15 7,97 0,9916 0,04 8,51 0,9983

XAD7HP 0,51 1,49 0,9169 1,75 6,90 0,9996

XAD16HP 0,35 2,77 0,9478 0,48 8,26 0,9997

XAD761 0,14 1,41 0,5970 0,67 7,90 0,9992

XAD1180 0,23 1,80 0,9828 0,65 8,04 0,9996

Diaion

HP20 0,26 1,33 0,7960 0,85 8,09 0,9999

HP2MG 0,26 0,80 0,7926 1,75 6,90 0,9999

Sepabeads

SP70 0,28 1,23 0,6610 1,04 8,94 0,9999

SP207 0,73 2,65 0,9722 1,02 9,05 0,9999

SP700 0,60 1,84 0,9579 1,01 9,06 0,9999

SP825 0,47 1,32 0,9453 2,08 8,92 0,9999

SP850 0,32 1,80 0,8165 0,68 9,06 0,9999

Es importante notar que la adsorción es un proceso muy complejo, dado que no


107

todos los sitios de adsorción son idénticos y a medida que ésta procede, la fuerza

motriz de la adsorción se ve reducida, lo que implica que existe interferencia entre

cada sitio de unión durante la adsorción. Además, las resistencias debido a

restricciones de espacio (factores geométricos), la afinidad del adsorbato y el

adsorbente, la transferencia de masa externa e interna del adsorbato soluble de la

solución acuosa al adsorbente, también pueden limitar la capacidad de adsorción

(Ruthven, 2005).

4.2.2.4.2. Optimización del proceso de desorción de antioxidantes

Seleccionadas las mejores resinas de las diferentes casas comerciales

evaluadas, en función de su capacidad de adsorción de compuestos fenólicos y

de la tasa de eliminación de actividad antioxidante de las vinazas, se escogen,

para el estudio de recuperación de los compuestos adsorbidos, las resinas Diaion

HP20, Sepabeads SP207 y Amberlite XAD16HP. Las resinas se acondicionan

inicialmente con etanol para eliminar impurezas presentes en ellas, para lo cual,

se lavan las resinas con una relación 1:3 (g resina: g etanol) durante 15 minutos

manteniendo la agitación a 175 rpm en un agitador orbital. A continuación las

resinas se separan por filtración del disolvente y se lavan varias veces, siguiendo

el mismo protocolo, con agua desionizada. Una vez preparada la resina, esta se

satura en procesos de absorción por lotes, contactando las resinas con las

vinazas en una relación de 3 g resina por 5 mL de vinaza, y estableciendo el

tiempo de contacto en 30 min, con una agitación de 175 rpm, tal como se vio en

los estudios anteriores.

Se propone a continuación, con las anteriores resinas, estudiar la desorción de los

compuestos adsorbidos utilizando disoluciones hidroalcohólicas. Se descarta el

empleo de metanol como eluyente, a pesar del hecho de que el metanol puede

proporcionar rendimientos más altos que el etanol (Kammerer y col., 2005), dado

que por las aplicaciones que se desean dar al producto recuperado se prefiere un

disolvente de calidad alimentaria.

Para optimizar el proceso de desorción se construye un diseño central

compuesto. Este modelo consta de un diseño factorial estándar a dos niveles al

que se le agregan con posterioridad puntos estrella o adicionales. Estos puntos


108

adicionales se localizan en distancias pequeñas debajo del nivel bajo de un factor

y a la misma distancia arriba del nivel alto. La aplicación de la técnica de

superficie de respuesta, que supone una variación sistemática de las condiciones

de operación más influyentes, ha sido empleada satisfactoriamente por otros

investigadores con idéntica finalidad. Kammerer y Carle (2008) emplean está

técnica para el enriquecimiento de extractos naturales de plantas.

Para el desarrollo experimental del estudio se establecen como variables fijas la

relación masa de resina saturada (g): volumen de disolvente (mL) (3:5), el tiempo

de desorción se establece en 30 min y la agitación, en un agitador orbital, es de

175 rpm. Las variables independientes seleccionadas son, la temperatura del

proceso que se evalúa dentro del intervalo 25-45 °C, con valores estrella de 20,85

y 49,14 °C. La otra variable independiente seleccionada es la concentración de la

solución de etanol empleada. Los valores de concentración seleccionados están

en el intervalo de 48 a 88 °C con valores estrella de 40 y 96 %.

Las expresiones para codificar estas variables son:

10

35 aTemperaturT

Ec. [4.7]

20

68etanoliónConcentracE

Ec. [4.8]

La función objetivo se genera mediante La siguiente expresión:

Yi = a0 + aT·T + aE·E + aTE·T·E + aTT·T2 + aEE·E2 Ec. [4.9]

La matriz con los valores de las variables independientes de la temperatura y la

concentración de etanol, y los correspondientes valores codificados se muestran

en la Tabla 4.4.

Las funciones objetivo que se evalúan y que son objeto de optimización son:

Y1: Rendimiento de desorción de compuestos fenólicos (%).

Y2: Rendimiento de desorción de azúcares (%).

Y3: Contenido en compuestos fenólicos en el extracto desorbido

(g EAG / g extracto seco).

Y4: Contenido en azúcares totales en el extracto desorbido

(g D-glucosa / g extracto seco).


109

Y5: Capacidad captadora del radical ABTS (mM Trolox).

Tabla 4.4. Variables independientes reales y codificadas del diseño central compuesto para dos factores.

Variables codificadas Variables reales

Exp. T E T (°C) EtOH (%)

1 -1 -1 25 48

2 1 -1 45 48

3 -1,4142 0 20,858 68

4 1,4142 0 49,142 68

5 0 -1,4142 35 40

6 0 1,4142 35 96

7 -1 1 25 88

8 1 1 45 88

9 0 0 35 68

10 0 0 35 68

11 0 0 35 68

12 0 0 35 68

13 0 0 35 68

Los valores experimentales, para las funciones objetivo obtenidas para las resinas

seleccionadas sobre la base de su potencial para retener selectivamente los

compuestos de interés presentes en la corriente de vinazas diluida, se muestran

en las Tablas 4.5 a 4.7 para las resinas Diaion HP20, Sepabeads 207 y Amberlite

XAD 16HP respectivamente.

Los valores máximos de desorción de compuestos fenólicos fueron de 67, 62 y

51 %, para HP20, SP207 y XAD16HP, respectivamente, mientras que los

rendimientos de desorción de azúcar fueron 22, 31 y 19 %, respectivamente.

Como una tendencia general, la desorción de los compuestos fenólicos se ve

favorecida por concentraciones de etanol más altas que la desorción de los

azúcares. El efecto de la temperatura sobre los rendimientos de desorción

depende de la resina y no presenta una tendencia definida. Se han descrito

rendimientos de recuperación similares durante la elución alcalina de compuestos

fenólicos y aniones polares en el jugo de cáscara de los cítricos y las melazas

retenidos en resinas (Grohmann y col., 1999) y para la elución con etanol de los

compuestos fenólicos de jugo de manzana (Kammerer y col., 2007).


110

Tabla 4.5. Valores experimentales y calculados de las funciones objetivo durante la operación con Diaion HP20.

FUNCIONES OBJETIVO

Y13 Y2

4 Y3

5 Y4

6 Y5

7

Exp. exp calc exp calc exp calc exp calc exp calc

1 62,0 59,6 20,9 21,3 0,444 0,439 0,242 0,255 11,4 11,1

2 63,2 62,2 21,6 22,1 0,475 0,467 0,263 0,270 8,90 9,60

3 62,2 64,2 22,3 22,3 0,475 0,479 0,276 0,269 10,3 11,2

4 63,8 63,8 23,5 23,3 0,469 0,476 0,279 0,281 11,3 10,8

5 56,7 58,7 21,6 20,9 0,434 0,441 0,268 0,255 10,7 10,3

6 63, 6 63,6 21,7 22,1 0,497 0,500 0,275 0,281 12,4 13,1

7 66,9 65,9 22,4 22,2 0,514 0,511 0,279 0,279 13,0 11,9

8 62,3 62,7 23,0 22,8 0,483 0,478 0,289 0,282 12,8 12,8

9 64,1 64,5 21,8 22,2 0,475 0,469 0,262 0,261 10,9 11,1

10 64,5 64,5 22,2 22,2 0,474 0,469 0,264 0,261 11,6 11,1

11 64,5 64,5 22,6 22,2 0,457 0,469 0,260 0,261 11,1 11,1

12 64,6 64,5 22,2 22,2 0,460 0,469 0,256 0,261 10,9 11,1

13 64,6 64,5 22,1 22,2 0,479 0,469 0,265 0,261 11,0 11,1

Tabla 4.6. Valores experimentales y calculados de las funciones objetivo durante la desorción desde la resina Sepabeads SP207.

FUNCIONES OBJETIVO

Y1 Y2 Y3 Y4 Y5


1 52,7 51,7 23,1 26,1 0,471 0,438 0,291 0,301 12,2 12,2

2 58,7 56,8 25,1 26, 8 0,454 0,423 0,272 0,275 11,7 11,2

3 55,9 56,3 24,6 22,6 0,475 0,475 0,284 0,265 12,6 12,5

4 59,5 61,2 24,6 24,5 0,488 0,482 0,268 0,260 11,4 12,0

5 49,8 51,4 31,2 28,4 0,349 0,396 0,308 0,304 11,2 11,4

6 58,3 58,9 23,2 23,9 0,511 0,458 0,285 0,262 12,4 12,7

7 58,9 58,7 21,7 22,2 0,425 0,462 0,225 0,249 12,5 12,4

8 61,6 60,5 25,1 24,2 0,446 0,487 0,251 0,267 13,3 12,7

9 59,5 57,6 25,8 24,8 0,400 0,400 0,244 0,240 11,6 11,7

10 58,3 57,6 24,4 24,8 0,423 0,400 0,254 0,240 11,2 11,7

11 58,2 57,6 24,6 24,8 0,401 0,400 0,234 0,240 11,8 11,7

12 55,9 57,6 25,2 24,8 0,372 0,400 0,236 0,240 12,0 11,7

13 56,1 57,6 23,9 24,8 0,405 0,400 0,233 0,240 11,9 11,7

Y1

3Rendimiento de desorción de compuestos fenólicos (%);

Y24 Rendimiento de desorción de azúcares (%);

Y35 Contenido en compuestos fenólicos en el extracto desorbido (g EAG/g extracto seco);

Y46 Contenido en azúcares totales en el extracto desorbido (g D-glucosa/g extracto seco);

Y57 Capacidad captadora del radical ABTS (mM Trolox).


111

El intervalo de contenido fenólico en los productos desorbidos fue del 44-51 %

para HP20, 35-51 % para SP207 y entre 30-47 % para XAD16 HP. Los valores

promedio para el contenido de azúcar de los extractos desorbidos fue del 24-29 %

para HP20, 22-31 % para SP207 y 16-26 % para XAD16HP.

Tabla 4.7. Valores experimentales y calculados de las funciones objetivo durante la desorción en resina Amberlite XAD16HP.

FUNCIONES OBJETIVO

Y1 Y2 Y3 Y4 Y5


1 41,7 42,1 16,6 16,6 0,350 0,387 0,220 0,245 7,98 7,65

2 46,1 46,0 16,5 17,2 0,307 0,328 0,176 0,199 8,87 8,87

3 49,3 47,8 18,5 18,1 0,413 0,392 0,249 0,238 8,43 8,70

4 50,5 49,8 19,1 18,1 0,397 0,399 0,241 0,235 9,22 9,02

5 39,5 39,8 16,1 15,6 0,356 0,319 0,233 0,202 7,63 7,85

6 45,1 42,7 15,5 14,7 0,297 0,315 0,165 0,177 8,92 8,77

7 44,3 46,6 16,0 16,6 0,323 0,321 0,188 0,183 9,36 9,29

8 43,7 45,5 15,1 16,1 0,408 0,390 0,234 0,225 8,25 8,52

9 51,5 50,4 18,4 17,8 0,410 0,437 0,235 0,247 13,3 13,3

10 50,9 50,4 17,8 17,8 0,419 0,437 0,235 0,247 14,0 13,3

11 49,0 50,4 16,5 17,8 0,469 0,437 0,254 0,247 12,9 13,3

12 50,5 50,4 18,8 17,8 0,432 0,437 0,259 0,247 13,1 13,3

13 50,0 50,4 17,5 17,8 0,452 0,437 0,235 0,247 13,4 13,3

Operando con HP20, en los extractos desorbidos, se obtuvo en el experimento

número 7, a 25 °C con etanol del 88 %, la mayor pureza de compuestos fenólicos.

Se observó una correlación esperada entre el contenido fenólico de los extractos

desorbidos y la capacidad de captación de radicales ABTS. La capacidad de

captación de radicales del producto desorbido varió desde 8,9 hasta 13,0 mM

Trolox para HP20, de 11,2 a 13,3 mM Trolox para SP207 y de 7,6 a 14,0 mM

Trolox para XAD16HP. Con el fin de comparar la eficacia antirradicalaria del

producto desorbido, estos valores pueden referirse a la actividad de un gramo del

producto desorbido seco. Estas actividades variaron desde 1,94 hasta

2,63 gramos de Trolox por gramo de producto desorbido para HP20; entre 1,97 y

2,66 g/g para SP207 y entre 1,5 y 3,1 g/g para XAD16HP. La capacidad de

captación del radical ABTS de un gramo de BHT (butilhidroxitolueno) fue

equivalente a 1,80 g de Trolox, un gramo de BHA (butilhidroxianisol) fue

comparable a 2,06 g Trolox y un gramo de ácido gálico a 4,93 g Trolox (Conde y

col., 2011).


112

La validez estadística de los efectos predichos para las variables independientes,

se evaluó mediante una prueba t de Student, y la importancia de los modelos

mediante el test F de Fischer. Los coeficientes para los efectos lineales,

cuadráticos y de interacción de T y E en las funciones objetivo, se muestran en la

Tabla 4.8 para las resinas seleccionadas.

Tabla 4.8. Coeficientes de regresión y parámetros estadísticos de ajuste de los modelos calculados para las funciones objetivo.

Y1 Rendimiento desorción fenólicos (%)

Y2: Rendimiento de desorción de azúcares

(%)

Y3: Contenido total en

fenólicos

(g EGA/g extracto)

Y4: Contenido total en azúcares

(g D-glucosa/g extracto)

Y5: Capacidad captadora (mM Trolox)

Coeficiente probabilidad coeficiente probabilidad coeficiente probabilidad coeficiente probabilidad coeficiente probabilidad

Diaion HP20

a0 64,5 3,80 10-12 22,2 1,64 10-12 0,469 1,32 10-12 0.261 5.22 10-11 11.1 5.14 10-09

aT

aE

aTE

aTT

aEE

-0,142 0,799 0,362 0,063 -0,001 0,751 0.004 0.212 -0.158 0.561

1,70 0,016 0,393 0,048 0,021 0,000 0.009 0.023 0.989 0.007

-1,42 0,103 -0,043 0,857 -0,015 0,015 -0.003 0.547 0.587 0.154

-0,228 0,704 0,298 0,133 0,004 0,292 0.007 0.082 -0.057 0.844

-1,66 0,023 -0,333 0,099 0,001 0,797 0.004 0.325 0,302 0.314

R2 0,758 0,721 0,878 0,688 0,728

Error 1,519 0,463 0,009 0,009 0,734

F 4,39 3,62 10,1 3,09 3,75

Sepabeads SP207

a0

aT

aE

aTE

aTT

aEE

57,6 2,19 10-11 24,8 1,86 10-8 0,400 9,74 10-8 0.240 1.14 10-8 11.7 1.03 10-10

1,72 0,027 0,672 0,367 0,002 0,864 -0.002 0.767 -0.184 0.277

2,65 0,004 -1,60 0,056 0,022 0,169 -0.015 0.051 0.447 0.024

-0,819 0,379 0,348 0,735 0,009 0,647 0.011 0.248 0.347 0.161

0,576 0,413 -0,621 0,433 0,039 0,039 0.011 0.143 0.266 0.157

-1,25 0,101 0,673 0,397 0,013 0,420 0.022 0.015 0.166 0.355

R2

Error

F

0,821 0,535 0,572 0,730 0,684

1,74 1,97 0,0405 0,0178 0,442

6,41 1,61 1,87 3,79 3,03

Amberlite XAD16HP

a0

aT

aE

aTE

aTT

aEE

50,4 4,94 10-11 17,8 1,47 10-9 0,437 8,12 10-9 0,247 2,70 10-8 13,3 1,92 10-11

0,694 0,290 0,021 0,953 0,002 0,837 -0,001 0,879 0,114 0,443

1,02 0,137 -0,289 0,433 -0,001 0,919 -0,009 0,266 0,323 0,0545

-1,27 0,182 -0,283 0,583 0,032 0,075 0,022 0,069 -0,500 0,039

-0,787 0,265 0,173 0,656 -0,020 0,125 -0,006 0,510 -2,24 1,45 10-6

-4,58 0,0002 -1,32 0,009 -0,059 0,001 -0,029 0,008 -2,52 6,62 10-7

R2

Error

F

0,889 0,672 0,819 0,736 0,985

1,71 0,983 0,031 0,021 0,396

11,2 2,87 6,35 3,90 91,6

El efecto cuadrático de la concentración de etanol en el eluyente sólo fue

significativo en los rendimientos de desorción, mientras que el efecto lineal de

esta variable fue significativo en todas las funciones objetivo durante la operación

con HP20. Con SP207 el efecto lineal de la concentración de etanol fue


113

significativa en todas las funciones, excepto en el contenido fenólico del producto.

Operando con XAD16HP el efecto cuadrático de la concentración de etanol fue el

más significativo, seguido por el efecto de la interacción entre la temperatura y

etanol, particularmente en el contenido fenólico y el contenido en azúcar de los

extractos y de la capacidad de captación de radicales.

Una comparación, entre las funciones objetivo experimentales y las calculadas

para las condiciones operativas seleccionadas como óptimas, confirmó la buena

capacidad de predicción de los modelos para todas las resinas (Tabla 4.9). Los

modelos de superficie de respuesta y los gráficos de contorno definido con las

variables significativas en el nivel del 90 % se muestran en la Figura 4.12 y 4.13

para las funciones objetivo estudiadas.

La Fig 4.12.a muestra las curvas de respuesta de superficie obtenidas en las tres

resinas ensayadas, para la desorción de compuestos fenólicos. La tasa de

desorción de compuestos fenólicos sigue el siguiente orden: Sepabeads Diaion

HP20 > SP 207 > Amberlite XAD 16HP. Las superficies de respuesta muestran el

efecto lineal del etanol en las tres resinas; mientras que en etanol, las Sepabeads

y Diaion, presentan un efecto cuadrático, en la Amberlite presenta un efecto lineal.

Tabla 4.9. Comparación entre los valores experimentales y calculados de las funciones objetivo en las condiciones óptimas.

Funciones objetivo

Variables reales

Variables codificadas

Resina T EtOH T E

Y1exp Y1calc Y2exp Y2calc Y3exp Y2calc Y4exp Y2calc Y5exp Y5calc

(°C) (%)

HP20 50 96 1,5 1,4142 56,8 59,8 22,9 23,2 0,473 0,475 0,266 0,297 13,3 14,0

SP207 50 96 1,5 1,4142 60,0 61,0 21,6 24,2 0,521 0,570 0,291 0,318 12,7 13,7

XAD16HP 45 96 1 1,4142 39,3 40,8 16,3 14,5 0,272 0,343 0,163 0,202 8,39 5,93

Y1: Rendimiento de desorción de compuestos fenólicos (%); Y2: Rendimiento de desorción de azúcares (%);

Y3: Contenido en compuestos fenólicos en el extracto desorbido (g EAG/g extracto seco); Y4: Contenido en

azúcares totales en el extracto desorbido (g D-glucosa/g extracto seco); Y5: Capacidad captadora del radical

ABTS (mM Trolox).


114

a) b)

c)

Figura 4.12. Superficie de respuesta de las funciones objetivo estudiadas para optimizar la etapa de desorción de (a) compuestos fenólicos, (b) azúcares y (c) captadores de radicales desde las resinas XAD-16HP, SP207 y HP20.

La Fig 4.12b muestra las curvas de respuesta de superficie obtenidas para la

desorción de azúcares. La desorción de azúcares fue mayor para la resina

Sepabeads y mínima para la Amberlite. Para la resina Sepabeads SP700, la

desorción de azúcares no está favorecida por la concentración de etanol,

presentando un comportamiento inverso al mostrado en compuestos fenólicos,

produciendo de este modo, empleando altas concentraciones de etanol, un

desorbido con baja concentración en azúcares y alta concentración en fenoles.

El producto eluido presentó un color amarillo-marrón claro, textura pulverulenta y

manejable y un olor característico a bodega con un contenido fenólico del 50 % en

peso seco, mayor que la de algunos de los ingredientes comerciales (Monagas y

col., 2006), y otros productos refinados concentrados, tales como los de las aguas

residuales de molino de oliva concentrado con resinas (He y col., 2012). Los

extractos finales contenían un 25 % de azúcares y para algunas aplicaciones


115

podría ser deseable la eliminación de los ácidos orgánicos y de los azúcares

(Cardona y col., 2009).

4.2.2.4.3. Composición fenólica y grado de polimerización

En los estudios realizados hasta ahora los compuestos fenólicos se expresaron

como fenoles totales, pero interesaba conocer el tipo de compuestos presentes en

el producto concentrado. Para ello se realizaron medidas de cromatografía líquida

del producto obtenido con la resina seleccionada (Sepabeads SP207). El perfil

cromatográfico reveló la presencia de compuestos monoméricos (ácido gálico,

catequina, epicatequina, quercetina), oligómeros y fenoles poliméricos.

Figura 4.13. Variación del contenido de (a) compuestos fenólicos y (b) azúcares totales en las muestras desorbidas desde las resinas XAD-16HP, SP207 y HP20.

También se realizaron estudios de caracterización de volátiles. Los compuestos

que se encuentran en la fracción soluble en diclorometano se muestran en la

Tabla 4.10, tanto para la fase líquida separada de los residuos de bodega, que se

diluyeron adicionalmente, como para el producto desorbido a partir de resinas

poliméricas seleccionadas y operando en condiciones óptimas.

a) b)


116

Tabla 4.10. Composición de las fracciones solubles en DCM de la fase líquida separada de desechos de bodega diluidas (A) y del producto desorbido de Sepabeads SP207 con etanol 96% a 50 °C (B), analizado por GC-MS.

t (min) Nombre Área relativa al 3-octanol

A B

8,57 2-metil-2-butanol 5,979 7,195

10,14 1,1-dietoxi-3-metilbutano ND 0,326

10,75 2-metilpropanol (isobutanol) ND 0,113

16,73 3-octanona 0,776 0,191

18,09 3-hidroxi-2-butanona ND 1,015

19,39 Metil lactato ND 0,263

20,40 Etil lactato ND 4,559

21,20 2-hidroxi-2-methil-4-pentanona 0,272 ND

21,69 3-etoxi-1-propanol ND 0,232

25,12 Ácido acético 0,180 7,900

28,07 Benzaldehido ND 0,692

28,58 Ácido propanoico ND 15,648

29,91 2,3-butanediol ND 0,689

31,93 Metil benzoato ND 1,299

32,27 Dihidro-2(3H)-furanona ( -butirolactona) ND 1,453

32,78 Benzeneacetaldehido ND 13,022

33,74 Ácido 3-metilbutanoico (ácido isovalérico) ND 0,206

33,90 Dietil succinato ND 0,212

35,48 (2,2 dietoxietil)benceno ND 0,294

36,21 1,3-propanediol diacetato ND 5,869

37,84 1,3-propanediol ND 0,203

38,65 Etil propanoato ND 1,108

40,18 Ácido hexanoico ND 0,371

40,63 N-(3-metilbutil)acetamida ND 0,844

42,44 Feniletanol ND 3,434

54,81 2-etilhexil-2-hidroxibenzoato ND 0,543

57,46 Monoetil succinato ND 50,183

60,22 Ácido dodecanoico (ácido laurico) ND 5,589

62,32 Dietil succinato ND 0,683

72,51 Alcohol homovaníllico (4-hidroxi-3-metoxifeniletil alcohol) ND 0,804

ND, no detectados

No se detectaron la mayoría de los componentes en la fase líquida separada de

residuos de bodega más diluida, pero se encontraron en el producto desorbido

concentrado. Los más abundantes fueron el succinato de monoetilo, ácido

propanoico y bencenoacetaldehido, seguido por dos ácidos (acético y láurico),

dos alcoholes (2-metil-2-butanol y 2-feniletanol) y dos ésteres (acetato de 1,3-

propanodiol y acetato de lactato). La mayoría de estos compuestos se generan


117

durante la fermentación alcohólica y, por tanto, se pueden encontrar en los

desechos bodega.

El grado de polimerización de los compuestos fenólicos recuperados de los

residuos de bodega fue 3, ligeramente superior al de los subproductos de

destilería del mismo origen y diferente año, obtenidos en los materiales retenidos

de membranas de nanofiltración y que se recupera finalmente con Sepabeads

SP700 (Díaz-Reinoso y col., 2010).

En otros extractos de uva se han obtenido grados de polimerización en el

intervalo de 1 a 3,7 (Torres y Selga, 2003; Mitjans y col., 2011), y se sabe que

este criterio es importante para predecir la modulación de la capacidad

antioxidante con los efectos citotóxicos.

4.2.2.4.4. Conclusiones

El empleo de resinas poliméricas no iónicas permitió adsorber y recuperar

compuestos fenólicos con capacidad captadora de radicales libres de residuos de

destilería. La adsorción de compuestos fenólicos y de captadores de radicales

ABTS se puede ajustar a un comportamiento de pseudo segundo orden. Durante

la desorción, la concentración de etanol en el eluyente fue la variable más

influyente. El producto desorbido, una vez seco presentaba un color claro y

contenía 50 % en peso de compuestos fenólicos, expresados en equivalente de

ácido gálico. El análisis por CLAE, de los compuestos fenólicos, reveló que el

mayoritario era ácido gálico y se encontraron flavonoides, como catequina,

epicatequina y quercetina, y fracciones oligoméricas. Estos resultados

confirmaron el potencial de las resinas poliméricas para recuperar y concentrar

compuestos fenólicos antioxidantes.


118

4.2.3. Estudios dinámicos en columnas de lecho fijo

4.2.3.1. Adsorción en columnas de lecho fijo

4.2.3.1.1 Resumen

En este estudio se ha propuesto el estudio del comportamiento de un sistema

dinámico de adsorción empleando dos resinas (Sepabeads SP207 y Amberlite

XAD 16HP), seleccionadas en base a resultados previos mostrados en el

apartado anterior, y empleando el efluente recuperado de la destilación de bagazo

fermentado de uva blanca. Los estudios cinéticos y de equilibrio se hicieron

primero en discontinuo para determinar la cantidad retenida de compuestos

fenólicos totales. A continuación, se evaluó el efecto que la concentración del

influente alimentado a la columna, el caudal del influente y la longitud de lecho

empaquetado presentan sobre la capacidad de adsorción de ambas resinas. Se

estudió el comportamiento del sistema mediante la evaluación de las curvas de

rotura para lo cual se ajustaron los datos experimentales obtenidos por el trazado

de la concentración adimensional Ct/C0 frente al tiempo o el volumen del efluente,

donde Ct y C0 son la salida y entrada de la concentración de adsorbato,

respectivamente. Estos datos se ajustaron a tres modelos simplificados; y según

el modelo de Bohart-Adams, se observó que la capacidad de adsorción es

directamente proporcional a la concentración inicial y a la velocidad del flujo de la

alimentación; siendo independiente de la longitud de la columna. Los estudios

permitieron realizar el cálculo de los tiempos de rotura y de saturación.

4.2.3.1.2. Objetivos

El objetivo del presente trabajo es explorar el desarrollo de un proceso dinámico

de adsorción empleando resinas macroporosas para la recuperación de

polifenoles presentes en las aguas residuales de destilerías de bagazo

fermentado de uva blanca. Se pretende estudiar el proceso en continuo mediante

la evaluación de las variables del sistema (concentración de polifenoles, flujo, y

altura del lecho). Mediante el análisis y modelización de las curvas de rotura por

diferentes modelos matemáticos (Thomas, Bohart-Adams y Yoon-Nelson) se

determinarán los parámetros de diseño de estos sistemas.


119

4.2.3.1.3. Materiales y métodos

4.2.3.1.3.1. Materiales. Las vinazas empleadas en este estudio se han descrito

en el capítulo de materiales y métodos en el apartado 3.1.2.1.

Las resinas Sepabeads SP207 (Resindion SRL) y Amberlite XAD16HP (Rohm

and Haas) empleadas en este estudio, se seleccionaron a partir de los resultados

obtenidos en el capítulo anterior. Sus características y propiedades se describen

en el epígrafe 3.1.3.2 del capítulo de Materiales y métodos.

Las resinas se activaron, por contacto, en un vaso de precipitados con un

volumen de metanol que cubría las resinas hasta un nivel 2,5 a 5 cm por encima

de las mismas. Las resinas y el metanol se mezclaron con agitación suave

durante un minuto y después, la mezcla se agitó a 175 rpm y 25 °C durante 15

min. Antes de su uso, se enjuagaron con agua desionizada en una relación L:S de

5. El contenido de humedad de las resinas se determinó mediante el secado de

las perlas en un horno a 70 °C hasta peso constante, y los experimentos de

adsorción se llevaron a cabo utilizando una cantidad de resinas conocida.

4.2.3.1.3.2. Metodología experimental

a. Adsorción por lotes. Los estudios de equilibrio de los experimentos por lotes

se llevaron a cabo poniendo en contacto los subproductos líquidos de bodega

centrifugados con cantidades previamente pesadas de resinas hidratadas, en

matraces Erlenmeyer sellados a 25 °C en un agitador orbital a 175 rpm.

Transcurrido el tiempo de contacto seleccionado, la suspensión se filtró a través

de membranas de nitrato de celulosa (0,45 m), y se determinó la concentración

de compuestos fenólicos remanentes en la muestra empleada. Se midió la

concentración de compuestos fenólicos adsorbidos en un tiempo t por unidad de

masa de resina (qt, mg/g) como equivalentes de ácido gálico y se calculó la tasa

de adsorción por la ecuación:

W

VCCq t0

t

) - ( Ec. [3.1]


120

donde C0 y Ct son las concentraciones de fenoles en la solución acuosa (mg/L) en

la muestra inicial y en el momento t, respectivamente, V es el volumen de la

solución (L) y W es el peso de la resina húmeda (g). Los experimentos se

realizaron por triplicado.

b. Experimentos de adsorción en columna. La absorción en lecho fijo se llevó a

cabo en dos columnas de vidrio encamisadas (diámetro interno de 10 mm) de

longitud de 200 y 300 mm, empacadas con 8 y 14 g respectivamente, de las

resinas seleccionadas. La solución de las vinazas, con contenido en compuestos

fenólicos conocido, se alimentó por la parte superior de la columna a un caudal

seleccionado utilizando una bomba F10 (Bio-Rad, CA, EE.UU.). La temperatura

del proceso se mantuvo a 30 °C y el eluido de la columna se analizó en línea,

empleando el detector Quadtec de un sistema Biologic Duo Flow.

Se evaluó el comportamiento de los sistemas dinámicos utilizando las curvas de

rotura obtenidas por el trazado de la concentración adimensional Ct/C0 frente al

tiempo o el volumen del efluente; donde Ct y C0 eran la salida y entrada de la

concentración de adsorbato, respectivamente (Arsuaga y col., 2014). El tiempo de

rotura, tb, se determinó cuando la relación Ct/C0 alcanzó el 1 % del valor del

influente. El tiempo de saturación, a menudo llamado tiempo de agotamiento, te,

se estimó cuando la relación Ct/C0 alcanzó el 95 % del valor de la relación

normalizada.

c. Modelado de las curvas de rotura. Se aplicaron tres modelos simplificados

(Bohart-Adams, Thomas y Yoon-Nelson) para reproducir la dinámica de adsorción

de los compuestos fenólicos en columnas de lecho fijo.

El modelo de Thomas, que asume un modelo cinético reversible de segundo

orden y cumple los mecanismos propuestos en la isoterma de Langmuir (Han y

col., 2008; Ghasemi y col., 2011), es adecuado para estimar parámetros cinéticos

y capacidades de adsorción cuando las resistencias de difusión son muy

pequeñas (Aksu y Gönen, 2004). Se expresa con la ecuación [3.2].


121

tCkwqk

C

CTh

Th

t

000 )1ln(

Ec. [3.2]

siendo kTh (mL/min·mg) la constante de Thomas, q0 (mg/g) la cantidad de

compuestos fenólicos adsorbidos en el equilibrio por g de resina, C0 (mg/L) la

concentración de compuestos fenólicos en la corriente de entrada; Ct (mg/L) la

concentración de compuestos fenólicos, a un tiempo t determinado, en el efluente;

W (g) es la masa de resina y ν (mL/min) el caudal de influente.

El modelo de Bohart-Adams se emplea para describir la parte inicial de la curva

de rotura, mediante la ecuación [3.3] (Aksu y Gonen, 2004):

F

ZNktCk

C

CBABA

t00

0

-ln Ec. [3.3]

donde C0 y Ct (mg/L) son las concentraciones de compuestos fenólicos en el

influente y el efluente, respectivamente, kBA (L/mg·min) es la constante del

modelo, F (cm/min) es la velocidad lineal del influente, Z (cm) es la longitud del

lecho y N0 (mg/L) es la concentración de saturación.

El modelo de Yoon–Nelson puede expresarse mediante la ecuación [3.4] (Aksu y

Gonen, 2004):

YNYN

t

t ktkCC

C

0

ln Ec. [3.4]

donde kYN es la constante de velocidad (min-1) y (min) es el tiempo necesario

para la saturación del absorbente a su 50 % de capacidad.

4.2.3.1.4. Resultados y discusión

El proceso de adsorción dinámico de compuestos bioactivos presentes en vinazas

y/o condensados de destilería de bagazo fermentando se llevó a cabo en

columnas encamisadas de diferente longitud de relleno (10 – 20 cm). Los ensayos

se realizaron con dos de las resinas que presentaron el mejor comportamiento en

los estudios previos.


122

Previo al estudio en columna, la capacidad máxima de adsorción (qm) de ambas

resinas y los parámetros cinéticos del proceso se determinan mediante el estudio

del proceso de adsorción en estático. Para ello se dispone de un sistema en lotes

que consta de matraces erlenmeyer de 25 mL de capacidad en los cuales se

ponen en contacto por un tiempo de 30 min, 5 mL de la vinaza con 3 g de resinas

a un pH “nativo” de la muestra y a temperatura ambiente (25 °C). El contenido de

cada matraz se filtró a través de un filtro de membrana de 0,45 micras y se

analizó la fase líquida. Los datos experimentales obtenidos, expresados como

miligramos de fenoles totales adsorbidos por gramo de resina y expresado por qt

se modelizaron cinéticamente mediante el ajuste de estos datos experimentales a

dos modelos cinéticos tipo, el modelo de pseudo primer orden (ecuación

Lagergren) y el modelo de pseudo segundo orden.

La ecuación de velocidad de pseudo primer orden de Lagergren se describe en

general por la ecuación Ec. [4.10], y se supone que la tasa de absorción de soluto

es proporcional al gradiente de la concentración de saturación.

)( ads1 te

t q - qKdt

dq Ec. [4.10]

donde qt y qe son la cantidad de fenólicos adsorbidos (mg/g) en el tiempo de

contacto t (min) y en el equilibrio y Kads1 es la constante de velocidad de pseudo

primer orden (min-1).

La ecuación de pseudo primer orden, una vez integrada y linealizada (Figura

4.14.a), tiene la forma:

tK

qqq ete2.303

- log) -og(lads1

Ec. [4.2]

El modelo cinético para pseudo segundo viene representado por:

2

ads2)( te

t q - qKdt

dq Ec. [4.11]


123

donde t es el tiempo de contacto, qt y qe son las concentraciones de compuestos

fenólicos adsorbidos (expresadas en mg/g) en el momento considerado y en el

equilibrio respectivamente y kads2 es el parámetro cinético de pseudo segundo

orden.

La integración y linealización de la Ec. [4.11] conduce a la siguiente expresión

empleada para la representación de los resultados experimentales y el posterior

cálculo para obtener los valores de qm y la Kads2:

tqqkq

t

eeads

t

1

1

2

2

Ec. [4.3]

La Figura 4.14b muestra la dependencia lineal de t/qt frente al tiempo de contacto

entre el adsorbato y el adsorbente. Muchos sistemas de adsorción pueden ser

representados por una cinética de pseudo primer orden, pero en este estudio el

proceso de adsorción no sigue este comportamiento tal y como se muestra por los

valores de la tasa de adsorción máximos calculados a partir de los parámetros de

la regresión. Estos valores de qm, de 0,89 y 0,65 mg EAG/g resina para la

XAD16HP y SP207 respectivamente, se encuentran lejos de los valores

encontrados experimentalmente de 2,3 y 2,5 mg EAG/ g resina. En la Tabla 4.3

se muestra la constante cinética para este modelo de pseudo primer orden. Por

otra parte, el modelo cinético de pseudo segundo orden se ha adaptado para

sistemas en los cuales la quimiosorción es el mecanismo de control de velocidad

(Reddad y col., 2002). Viendo el ajuste de los datos experimentales realizados por

este modelo y los valores de capacidad máxima de adsorción que predice, parece

que nuestro sistema de adsorción propuesto con estas resinas poliméricas se rige

por un mecanismo heterogéneo con proceso químico de adsorción puesto que en

este caso los valores de qmax encontrados fueron de 2,36 y 2,58 mg EAG/ g resina

para la XAD16HP y SP207, respectivamente. Estos valores coinciden con los

obtenidos experimentalmente.


124

a) b)

Figura 4.14. Representación de los ajustes realizados a los datos experimentales con los modelos cinéticos de (a) pseudo-primer y (b) pseudo segundo orden.

Estudio de la adsorción en columnas de lecho fijo. Curvas de rotura

El parámetro de capacidad o tasa de adsorción obtenida de un experimento

discontinuo o estático es útil para proporcionar información acerca de la eficacia

del adsorbente. Sin embargo, los datos obtenidos bajo condiciones de proceso

por lotes, generalmente no son aplicables a la mayoría de los sistemas de

tratamiento (tales como operaciones de columna). Por lo tanto, hay una necesidad

real de realizar estudios dinámicos en lechos de relleno para evaluar el

comportamiento de los sistemas de adsorción.

1) Efecto de la velocidad de flujo de influente y de la concentración

La Tabla 4.11 y Tabla 4.12 muestran los porcentajes de adsorción de los

compuestos fenólicos y azúcares totales respectivamente, que se han obtenido en

los distintos estudios de adsorción dinámicos llevados a cabo sobre lechos fijos

empacados con las resinas Sepabeads SP207 y Amberlite XAD16HP. Como se

puede ver en la Tabla 4.11, cuando se lleva a cabo el proceso de adsorción con

un lecho de resina de 10 cm y con una concentración de 2,9 g EAG/L de vinaza

(datos referenciados como C0 (L10)) ambas resinas presentan un comportamiento

similar cuando el influente es bombeado con un caudal de 1 mL/min, si bien

cuando se aumenta el caudal del influente, la resina Amberlite presenta

capacidades de adsorción ligeramente inferiores a las mostradas por la resina

Sepabeads SP207.

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

0,0 0,1 0,1 0,2 0,2

Lo

g (q

e-q

)

Tiempo (h)

XAD16HP

XAD16HP calc

SP700

0,0E+00

4,0E-05

8,0E-05

1,2E-04

1,6E-04

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35

t / q

Time (h)

XAD16HP

XAD16HPcalc

SP700

SP700 calc


125

Tabla 4.11. Efecto de la concentración del eluyente, longitud de la columna y del caudal de alimentación en la capacidad de adsorción de compuestos fenólicos de las resinas Sepabeads SP207 y Amberlite XAD16HP.

Sepabeads SP207

Porcentaje adsorción (%) q (mg EAG / g resina)

1 mL/min 2,5 mL/min 5mL/min 1 mL/min 2,5 mL/min 5 mL/min

C0 (L20) 89,81 87,91 78,06 12,65 30,15 44,63

C0 (L10) 86,25 82,25 60,85 7,53 18,41 32,70

½ C0 (L10) 89,67 - - 3,76 - -

1/3 C0 (L10) 90,34 89,01 82,72 2,52 6,21 11,56

Amberlite XAD 16HP

C0 (L20) 91,95 90,74 77,99 12,52 27,61 38,25

C0 (L10) 85,37 75,34 52,29 7,71 19,01 32,67

½ C0 (L10) 92,54 - - 3,57 - -

1/3 C0 (L10) 93,1 91,82 86,76 2,60 1,18 12,11

Cuando se aumentó el caudal del influente desde 1 mL/min hasta 2,5 y 5 mL/min

los porcentajes de eliminación de compuestos fenólicos presentes en las vinazas

decayeron en un 4,6 y un 29,4 % respectivamente para la resina Sepabeads

SP207, mientras que para la resina Amberlite XAD16HP la capacidad de retirar

del influente compuestos fenólicos decayó entre un 12 y un 39 % para los

caudales de 2,5 y 5 mL/min, respectivamente. Esto muestra que para los sistemas

elegidos el caudal es una variable operacional importante para la completa

recuperación de los compuestos fenolicos presentes en las vinazas. Cuando se

evaluó el comportamiento de los azúcares totales presentes en el efluente se

encontraron valores de adsorción por debajo del 38 % de los compuestos

encontrados en el efluente inicial para el caso de procesos realizados sobre

Sepabeads y ligeramente superiores para el caso de adsorción en Amberlite

(45 %) (ver Tabla 4.12). En este caso el efecto del caudal tuvo un comportamiento

diferente, mejorando ligeramente la tasa de eliminación de azúcares cuando se

aumenta el caudal de influente desde 1 mL/min hasta 2,5 mL/min. Al igual que

ocurre para los compuestos fenólicos, la Amberlite presenta mejor afinidad por los

solutos que la Sepabeads, siendo, en este caso, las diferencias en las

capacidades de eliminación de azúcares totales más significativas (Tabla 4.12)

que para los compuestos fenólicos (Tabla 4.11).


126

Tabla 4.12. Efecto de la concentración del eluyente, longitud de la columna y del caudal de alimentación en la capacidad de adsorción de azúcares totales de las resinas Sepabeads SP207 y Amberlite XAD16HP.

Sepabeads SP207

Porcentaje adsorción (%) q (mg D-glucosa / g resina)

1 mL/min 2,5 mL/min 5mL/min 1 mL/min 2,5 mL/min 5 mL/min

C0 (L20) 33,51 28,31 14,82 12,50 10,55 13,0

C0 (L10) 36,15 37,08 17,51 4,49 4,61 5,11

½ C0 (L10) 34,83 - - 6,49 - -

1/3 C0 (L10) 36,15 37,08 17,51 4,49 4,6 5,11

Amberlite XAD 16HP

C0 (L20) 38,29 36,65 20,01 14,28 13,67 17,56

C0 (L10) 23,6 25,01 9,27 15,40 16,32 14,23

½ C0 (L10) 45,02 - - 8,39 - -

1/3 C0 (L10) 42,62 36,74 23,06 5,29 4,57 6,74

Se evaluó el efecto de la concentración del soluto en la muestra alimentada a la

columna, para ello las vinazas se emplearon en su concentración inicial y diluida a

la mitad y un tercio de la concentración inicial. En Tabla 4.11 se muestran los

valores de la capacidad de adsorción/eliminación de compuestos fenólicos y la

capacidad de adsorción por gramo de resina para las vinazas diluidas a la mitad y

a un tercio. Para identificar estas muestras se emplea la siguiente nomenclatura:

“1/2C0 (L10)” para vinaza diluida dos veces y “1/3C0 (L10)” para la muestra de

vinaza diluida tres veces y adsorbidas en la columna de lecho fijo de10 cm. La

dilución de la muestra de efluente mejora entre un 4–5 % y un 8-9 % la

eliminación de compuestos fenólicos de la resina Sepabeads y Amberlite,

respectivamente.

En general, se podría decir que con un aumento del caudal se produce una

disminución en el porcentaje de eliminación de compuestos fenólicos y de

azúcares, posiblemente debido a que la resistencia de la película externa tiende a

ser menor con menores tiempos de residencia y los consiguientes tiempos de

rotura cada vez más pequeños. Esto tiene como consecuencia que cada vez los

compuestos a retener pasan a través del lecho de la columna con menor tiempo

de contacto por lo que resulta más difícil entrar en la estructura del poro de las

partículas de resina y ello justifica también los menores valores que se encuentran


127

para la tasa de adsorción de compuestos fenólicos y azúcares por unidad de

masa de adsorbente (Arsuaga y col., 2014).

La Figura 4.15 muestra el efecto de la variación de la concentración inicial que se

introduce en la columna sobre la forma de las curvas de rotura.

Figura 4.15. Curvas de rotura experimentales para la eliminación de compuestos fenólicos en Sepabeads 207. Efecto de la concentración del efluente.

A valores de concentración de compuestos fenólicos de 2,9 g/L (C0) la curva de

rotura muestra una forma más asimétrica que las curvas de rotura obtenidas para

los procesos de adsorción con alimentaciones diluidas. Esta tendencia de la curva

con una inclinación más suave implica una zona más ancha de lecho donde se

produce transferencia de materia. Esta zona de transferencia de materia es mayor

para el proceso llevado a cabo con la muestra inicial que con las muestras

diluidas, y esto podría explicar el porqué aunque la curva de rotura para la

muestra inicial presenta un tiempo de rotura menor, la cantidad de compuestos

eliminados ha sido mayor, al producirse un mayor tiempo de contacto de la

muestra con la resina desde el punto de rotura hasta el punto de agotamiento

(C/C0 = 0,95C0). Estos resultados ponen en evidencia que el empleo de efluentes

con valores de concentración más pequeños, conllevan a la posibilidad de tratar

una mayor cantidad de efluente debido a que los tiempos de contacto son

mayores.


128

La Figura 4.16 muestra el efecto combinado del caudal y de la concentración del

infuente sobre las curvas de rotura. Se observa como con caudales más altos se

obtuvieron curvas con un frente de avance más rápido, con tiempos de rotura más

pequeños que para las curvas de rotura con un caudal de 1 mL/min.

Figura 4.16. Curvas de rotura experimentales para la eliminación de compuestos fenólicos en Sepabeads 207. Efecto de la concentración y del caudal del efluente.

Se observó que la dilución de la muestra no tenía efecto significativo para los

tiempos de rotura cuando se trabajó con caudales de 2,5 y 5 mL/min, sin

embargo, la concentración de la muestra sí que presenta importancia para la

determinación de las condiciones de agotamiento de la columna. Tal como se

aprecia en la Figura 4.16 las curvas de rotura para las muestras diluidas

presentan una zona más ancha de transferencia de materia, lo que va implicar un

mayor tiempo de contacto y una mayor tasa de eliminación de los compuestos

presentes en las vinazas. Este comportamiento se explica sobre la base de los

fundamentos de la transferencia de masa, dado que a mayor velocidad de flujo, la

velocidad de transferencia de masa tiende a aumentar, y al mismo tiempo son

consistentes con los datos de adsorción que se muestran en la Tabla 4.11.

2) Efecto de la diferente profundidad del lecho.

En las Tablas 4.11 y 4.12 se recogen los porcentajes de adsorción de los

compuestos fenólicos y azúcares totales obtenidos para los procesos de

adsorción en lechos de resinas de 20 cm, con un caudal de 1 mL/min, y su


129

comparativa con los obtenidos en lechos de 10 cm de resinas Sepabeads SP207

y Amberlite XAD16HP.

La capacidad de eliminación de compuestos fenólicos para la columna empacada

con un lecho de profundidad de 20 cm fue ligeramente superior (89,8 %) al

encontrado para la longitud de lecho de 10 cm (86,3 %). Sin embargo la forma de

las curvas de rotura (Figura 4.17) encontradas para la configuración de 10 y 20

cm muestran una mayor capacidad de adsorción de compuestos al presentar un

tiempo de rotura muy superior en la configuración de 20 cm. La pequeña

diferencia entre los valores de porcentaje de adsorción podría estar justificado por

la forma de las curvas en la que se aprecia como la típica forma en S está mejor

definida para la configuración de 20 cm, esto implica una menor zona de

transferencia de materia que la que se muestra en la configuración 10 cm. Esto

lleva, a que los tiempos de saturación de la resina no sean tan diferentes a lo

esperado y por lo tanto el tiempo de contacto de los compuestos con la resina

será similar, posibilitando estos porcentajes tan próximos.

Figura 4.17. Curvas de rotura experimentales para la eliminación de compuestos fenólicos en Sepabeads 207. Efecto de la longitud del lecho.

Se evaluó al mismo tiempo el efecto de la velocidad de flujo para la configuración

con 20 cm de longitud de lecho. Con esta configuración se encontró el mismo

descenso en la cantidad de compuestos adsorbidos por unidad de masa de

adsorbente y de forma global. En este caso, el aumento del flujo provocó una

disminución similar en los porcentajes de eliminación de compuestos fenólicos en


130

ambas resinas con disminuciones no significativas para caudales de 2,5 mL/min y

de entre un 13-15 % para 5 mL/min.

3) Modelización de las curvas de rotura

El empleo de sistemas dinámicos de adsorción como proceso de eliminación de

componentes de una disolución necesita del estudio previo y la simulación de las

curvas de rotura obtenidas en las diferentes combinaciones posibles de las

variables independientes seleccionadas para el estudio del proceso (Trgo y col.,

2011). Como se ha mostrado en los apartados previos se determinaron las curvas

de rotura para longitudes de lecho de resina de 10 y 20 cm con diferentes

condiciones de operación. En este apartado se abordará el estudio de estas

curvas experimentales por medio de modelos matemáticos empíricos procediendo

a calcular los principales parámetros de cada uno de estos modelos. Con estos

parámetros se procederá a la simulación de las curvas de rotura calculadas por

estos modelos empíricos para a continuación pasar a comparar las curvas

experimentales con las que describen los modelos matemáticos propuestos.

Modelo Bohart-Adams. Este modelo propone una ecuación (Ec. [3.3]) que

relaciona el tiempo de contacto con la variable adimensional y normalizada Ct/C0.

Este modelo predice un equilibrio no instantáneo en dónde la velocidad de

adsorción es proporcional a la capacidad restante del adsorbente y la

concentración de los solutos a adsorber. Este modelo evalúa las condiciones de

adsorción de un sistema en continuo de una forma integral, sin embargo su

validez se limita a la zona inicial del proceso, siendo únicamente de utilidad para

caracterizar la zona de ruptura de la curva (Lodeiro y col., 2006).

Como se puede apreciar en la Figura 4.18a-c, donde se comparan las curvas

calculadas de acuerdo al modelo Bohart-Adams con los datos experimentales

obtenidos, existe una buena correlación entre la parte inicial de la curva de rotura

calculada por el modelo y los datos experimentales. Esto viene a confirmar la

validez de este método únicamente para la zona incipiente de la curva de rotura.


131

Figura 4.18. Comparación de las curvas experimentales y las curvas de rotura calculadas por el modelo de Bohart-Adams para el efecto del caudal de influente (a, b, c), de la concentración (a, b) y de la lon-gitud de la columna (a, c)

En la Tabla 4.13 se muestran los resultados de la regresión lineal y el posterior

cálculo de los parámetros del modelo de Bohart-Adams, la constante cinética kBA

y la capacidad de adsorción de la resina qBA (g/L) para los efectos de las variables

operacionales estudiadas. Se encuentra que la constante cinética del modelo está

influida por la concentración inicial de la alimentación empleada, decreciendo en

magnitud a medida que se aumenta la concentración de partida. De forma

inversa, la constante cinética aumenta cuando se incrementa el flujo de la

alimentación, esto puede estar asociado a que el proceso puede estar controlado

por la transferencia de materia sobre la superficie (Chowdhury y col., 2015).

La capacidad de adsorción se incrementa con el incremento de la concentración

inicial de la alimentación y con el aumento de la velocidad de flujo, presentando

un comportamiento indeterminado cuando se modifica la longitud del lecho de la

columna y se aumenta el flujo de alimentación. Diversos autores encuentran este

comportamiento desfavorable de la longitud del relleno sobre la capacidad de la

resina en ensayos de bioremediacion (Baral y col., 2009; Saadi y col., 2013;

Chowdhury y col., 2015).

a)

c)

b)


132

Tabla 4.13. Parámetros del modelo de Bohart-Adams para las diferentes condiciones experimentales ensayadas.

C0

g/L H

mm Q

mL/min kBA

L/g·min qBA

g/L q

mg/g R2

2,93 200 1 0,232 11,10 0,8153

2,93 200 2,5 0,657 12,33 0,9366

2,93 200 5 0,718 18,72 0,8785

2,93 100 1 0,217 8,86 0,9509

2,93 100 2,5 0,523 13,12 0,9747

2,93 100 5 1,023 18,77 0,9844

1,465 100 1

0,978 100 1 0,86 2,74 0,9831

0,978 100 2,5 1,99 4,22 0,8447

0,978 100 5 4,13 6,02 0,9101

Modelo de Yoon-Nelson. La Figura 4.19 a-c, muestra la comparación de las

curvas de rotura calculadas de acuerdo al modelo de Yoon-Nelson con los datos

experimentales obtenidos. Se puede apreciar que existe una buena correlación

entre la parte inicial de la curva de rotura y los datos experimentales. La

representación de los datos experimentales tratados de acuerdo a la expresión

línealizada de la Ec. 3.4 mostraba la existencia de dos zonas con pendiente bien

diferenciada (Figura 4.20). El tratamiento de estos datos de manera independiente

condujo a la obtención de unas curvas construidas en dos fases (ver Figura 4.19

a-c), observando como el conjunto de ambas describe perfectamente el

comportamiento experimental encontrado y permite realizar con una buena

aproximación el cálculo de los tiempos de rotura y de saturación.


133

Figura 4.19. Comparación de las curvas experimentales y las curvas de rotura calculadas por el modelo de Yoon-Nelson para el efecto del caudal de influente (a, b, c), de la concentración (a, b) y de la longitud de la columna (a, c).

En la Tabla 4.14 se muestran los resultados de la regresión lineal y el posterior

cálculo de los parámetros del modelo de Yoon-Nelson, la constante cinética KYN,

el tiempo necesario para que el lecho de resina se sature al 50 % de su capacidad

y la capacidad de adsorción de la resina q (mg/g) calculada de acuerdo con la

expresión;

Ec. [4.12]

donde C0 es la concentración inicial, Q es el caudal, m es la masa de la resina y

es el tiempo necesario para la saturación de la resina a su 50 % de capacidad

Los valores de la constante cinética del modelo, kYN, aumenta con el incremento

del flujo de alimentación, con la longitud del relleno, mientras que el incremento

de la concentración de la muestra a la entrada de la columna implica una

disminución de la constante cinética pudiendo ser esto debido a un proceso de

a) b)

c)


134

adsorción sobre la superficie del adsorbente la cual se verá impedida cuanto

mayor sea la presencia de solutos en el entorno del adsorbente.

Figura 4.20. Linealización de los datos experimentales de acuerdo

al modelo experimental de Yoon-Nelson.

Tabla 4.14. Parámetros del modelo de Yoon-Nelson para las diferentes condiciones experimentales ensayadas.

C0 g/L

H mm

Q mL/min

KYN min-1

min

q mg/g

R2

2,93 200 1 0,893 28,45 5,95 0,8985

2,93 200 2,5 1,763 13,22 6,918 0,9012

2,93 200 5 3,36 9,39 9,829 0,9645

2,93 100 1 0,723 23,06 8,45 0,9745

2,93 100 2,5 1,47 14,10 12,91 0,9758

2,93 100 5 1,97 10,57 19,34 0,8701

1,465 100 1

0,978 100 1 0,913 21,59 2,640 0,9897

0,978 100 2,5 2,793 12,78 3,905 0,9099

0,978 100 5 2,430 10,28 6,283 0,7617

El tiempo necesario para alcanzar el 50 % de la saturación de la columna

calculado para este modelo es concordante para aquellas curvas que presentan

una buena simetría en su forma; es decir, para aquellas donde la zona de

transferencia de materia no se alarga considerablemente en el tiempo. Tal como

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

0 10 20 30 40L

n (C

t/(C

0-C

t))

Tiempo (min)

1 mL/min

2,5 mL/min

5 mL/min


135

cabía esperar por la forma de las curvas de rotura, el aumento en el caudal de

alimentación lleva consigo una disminución en el valor de . No se encontraron

diferencias significativas en los tiempos necesarios para alcanzar el 50 % de

saturación como consecuencia de disminuir la concentración del efluente para

una columna con una longitud de relleno de 10 cm y un mismo caudal de

alimentación de 1mL/min. Un aumento de la longitud del relleno de la columna

implica un mayor tiempo de operación para el sistema de adsorción.

La capacidad de adsorción se incrementa con el incremento de la concentración

inicial de la alimentación y con el aumento del caudal, presentando una

disminución de la capacidad de adsorción cuando se aumenta la longitud del

lecho de la columna.

Modelo de Thomas. Los datos experimentales de las curvas de rotura para las

condiciones de operación evaluadas que se han mostrado en las Figuras 4.15a y

4.17 se han tratado matemáticamente emplenado la ecuación [3.2]. Representado

gráficamente el Ln[(C0/Ct)-1] frente al tiempo (t) de contacto entre disolución de

adsorbatos y absorbente, se obtiene una recta a partir de la cual se calcula el

valor de la constante cinética del modelo (pendiente de la recta) y la capacidad de

retención de adsorbatos por unidad de adsorbente en el equilibrio (qo)

(Chowdhury y col., 2015). Los parámetros del modelo así como los coeficientes

estadísticos obtenidos para los valores experimentales estudiados se muestran en

la Tabla 4.15.

Respecto a la influencia del caudal de alimentación, la concentración del influente

y la altura del lecho sobre los valores de la capacidad de adsorción. Ésta aumenta

con el incremento de todas las variables. Sin embargo cuando se aumenta la

longitud del lecho a 20 cm, los datos obtenidos para los caudales de 2,5 y

5 mL/min muestran que las capacidades de adsorción fueron inferiores a las

calculadas por el modelo cuando la longitud del lecho fue de 10 cm. De manera

inversa, una disminución en los valores de concentración de la muestra condujo a

un incremento en los valores de la constante cinética. Esto es acorde con la teoría

propuesta y este modelo tiene una buena concordancia con los datos

experimentales cuando el proceso que controla la adsorción no tiene como pasos

predominantes la difusión interna y externa.


136

Tabla 4.15. Parámetros del modelo de Thomas para las diferentes condiciones experimentales ensayadas.

C0

g/L H

mm Q

mL/min KTh

mL/mg·min q

mg/g R2

2,93 200 1 0,181 10,78 0,8069

2,93 200 2,5 0,7580 11,89 0,9580

2,93 200 5 1,011 17,45 0,9512

2,93 100 1 0,111 9,73 0,9745

2,93 100 2,5 0,363 13,48 0,9758

2,93 100 5 0,599 19,65 0,8701

1,465 100 1 - - -

0,978 100 1 0,256 8,246 0,9777

0,978 100 2,5 0,885 11,84 0,9035

0,978 100 5 0,907 18,68 0,8417

La Figura 4.21a-c, muestra la comparación de las curvas calculadas de acuerdo al

modelo de Thomas con los datos experimentales obtenidos. Existe una buena

correlación entre la parte inicial de la curva de rotura calculada por el modelo y los

datos experimentales.

Al igual que ocurría con la representación gráfica de los datos experimentales

tratados de acuerdo a la expresión linealizada del modelo de Yoon-Nelson donde

se mostraba la existencia de dos zonas con pendiente bien diferenciada (Figura

4.20), en el caso del modelo de Thomas vuelve a detectarse el mismo

comportamiento (Figura 4.21). Repitiendo en esta ocasión el mismo

procedimiento realizado en el caso anterior se obtuvo la representación gráfica de

las curvas de rotura construidas en dos fases (ver Figura 4.21 a-c), observando

como el conjunto de ambas describe perfectamente el comportamiento

experimental encontrado y permite realizar, con una buena aproximación, el

cálculo de los tiempos de rotura y de saturación.


137

Figura 4.21. Comparación de las curvas experimentales y las curvas de rotura calculadas por el modelo de Thomas para: (a) diferentes longitudes de columna y caudal de influente, (b y c) diferentes concentraciones y caudales.

a) b)

c)


138


El comportamiento de un sistema dinámico de adsorción en continuo empleando

resinas poliméricas no iónicas se describió mediante modelos empíricos que

permiten establecer las capacidades de adsorción de los sistemas empleados en

función de las variables operacionales elegidas y determinar el tiempo de

operación de cada sistema en función del denominado punto de rotura. El caudal

del influente determinó el tiempo de operación de cada sistema siendo la variable

que presentó un mayor efecto en los tiempos de rotura. El aumento del lecho de

columna implicó un mayor tiempo de operación sin que hubiese cambios

significativos en las tasas de adsorción. La concentración del influente tiene poca

influencia en el proceso, siendo favorable para las constantes de transferencia

estudiadas en los diferentes modelos el empleo de muestras diluidas respecto al

efluente inicial.

Estos resultados confirmaron el potencial de los sistemas de adsorción en

continuo para recuperar compuestos fenólicos y su aplicación a mayor escala.


139

4.2.3.2. Desorción en columnas de lecho fijo

4.2.3.2.1. Resumen

En este apartado se propuso el estudio de la desorción, en sistemas en columna,

de los compuestos fenólicos adsorbidos en las resinas empleadas en el apartado

anterior (Sepabeads SP207 y Amberlite XAD 16HP). Se planteó un estudio

mediante la metodología de superficie de respuesta con un diseño factorial Box-

Benken incompleto de tres factores y tres niveles. Se establecieron como

variables fijas, la longitud del empacado de la columna (20 cm), la masa de resina

(14 g) y el tiempo de contacto (30 min), y como variables independientes el

porcentaje de etanol en la disolución de eluyente, la temperatura del proceso y el

caudal de disolvente empleado. Se determinaron los niveles de recuperación de

compuestos fenólicos y de ázucares totales en el extracto obtenido, así como, la

pureza de este extracto en compuestos fenólicos y su actividad antioxidante

determinada como equivalentes de Trolox. Se encontró que los porcentajes de

desorción de compuestos fenólicos superiores al 60% se vieron favorecidas por la

temperatura de proceso y los caudales bajos junto con una concentración de

etanol con valores cercanos al 80%.

4.2.3.2.2. Objetivos

El objetivo del presente trabajo fue estudiar la recuperación de los compuestos

adsorbidos sobre una de las resinas ensayadas en el capítulo anterior. Se

pretende estudiar el efecto de la concentración del disolvente así como del flujo y

de la temperatura del proceso de desorción en un sistema en continuo donde la

resina ha sido previamente empacada en una columna. En este marco, se

pretende optimizar las condiciones experimentales de desorción para obtener

extractos concentrados enriquecidos selectivamente en los componentes activos.

4.2.3.2.3. Materiales y métodos

4.2.3.2.3.1. Materiales. Resina polimérica Sepabeads SP207 (Resindion SRL) de

grado alimentario activada y saturada previamente en el trabajo mostrado en el

apartado anterior. Las características físico-químicas de esta resina se resume en

el epígrafe 3.1.3.2 del capítulo de Materiales y métodos.


140

4.2.3.2.3.2. Métodos analíticos

El contenido de compuestos fenólicos totales se determinó mediante el ensayo

de Folin-Ciocalteu (Materiales y métodos, epígrafe 3.3.5) y se expresó como

equivalentes de ácido gálico (EGA).

El contenido en azúcares totales se determinó espectrofotométricamente por el

método de la Antrona (Materiales y métodos, epígrafe 3.3.6) y se expresó como

equivalentes de glucosa.

La actividad antioxidante se evaluó como la capacidad de captación del medio

de radicales ABTS [2,2'-azinobis (3-etilbenzotiazolina-6-sulfonato)] y se

expresó como TEAC (Materiales y métodos, epígrafe 3.3.10).

Metodología de Superficie de Respuesta. Se construye un diseño factorial

incompleto Box-Behnken 23 tal y como se describe de manera genérica en el

epígrafe 3.2.2.3 del capítulo de Materiales y métodos.

Se establecen como variables independientes, la temperatura, el flujo de

disolución y el porcentaje de etanol en una disolución acuosa. Estas variables se

distribuyen en tres niveles codificados: inferior, intermedio y superior,

representados por (-1, 0, +1). La matriz de experimentos a realizar con los valores

de las variables independientes de temperatura, concentración de etanol, y flujo

de etanol, se muestra en la Tabla 4.16 que se corresponde con la Tabla 3.2, que

muestra la matriz de experimentos con las variables codificadas.

Las variables dependientes o funciones objetivo, “Y”, se generan mediante los

modelos cuadráticos de la ecuación [3.5] mostrada en el capítulo de Materiales y

Métodos, en la cual X1, X2 y X3 se corresponden con las variables: flujo,

temperatura y concentración de Etanol.

El intervalo de valores para las variables independientes seleccionadas fueron:

i) para el caudal de eluyente [1, 4 mL/min], ii) para la temperatura del proceso

[30-50 °C] y iii) para la concentración de etanol [70-100 %].


141

Tabla 4.16. Matriz de experimentos y codificación de variables.

Exp. Caudal

(ml/min) T

(ºC) [EtOH]

(%)

1 1 30 85

2 1 40 70

3 1 40 100

4 1 50 85

5 2,5 30 85

6 2,5 30 100

7 2,5 40 85

8 2,5 40 85

9 2,5 40 85

10 2,5 50 70

11 2,5 50 100

12 4 30 70

13 4 40 85

14 4 40 100

15 4 50 85

16 2,5 50 85

Los valores codificados de estas variables se obtienen mediante:

1,5

5,2 FlujoF

Ec. [4.13]

10

40 aTemperaturT

Ec. [4.14]

15

85etanoliónConcentracE

Ec. [4.15]

Las funciones objetivo que se evalúan y que son objeto de optimización son:


Y2: Concentración compuestos fenólicos en el eluido (g EAG / L).


Y4: Concentración azúcares totales en el eluido (g D-glucosa / L).

Y5: Contenido en fenoles totales en extracto (g EAG / g extracto).

Y6: Contenido en azúcares totales en extracto (g D-glucosa / g extracto).


142

4.2.3.2.4. Resultados y discusión

Se realizaron estudios de recuperación de los compuestos fenólicos eliminados

de las vinazas de bagazo destilado de uva blanca fermentada mediante adsorción

dinámica en una resina polimérica comercial con una matriz del polímero estireno-

divinilbenzeno (S-DVB). Esta resina se seleccionó en base a los trabajos

mostrados en capítulos previos en dónde en sistemas de desorción por lotes

mostró el mejor porcentaje de desorción para compuestos fenólicos (61% de los

compuestos adsorbidos).

Optimización del proceso de desorción de antioxidantes

Se procedió a acondicionar la resina y posterior saturación, de la misma forma

que la descrita en el apartado 4.2.5.2.

Para el desarrollo experimental del estudio se estableció como variables fijas: la

relación masa de resina saturada (14 g) a empacar en la columna, la longitud del

lecho de columna (20 cm) y un tiempo de desorción de 30 min.

Los valores experimentales para las funciones objetivo, obtenidos una vez

realizado el conjunto de experimentos mostrados en la Tabla 4.16, se muestran

en las Tablas 4.17 y 4.18.

El máximo de desorción de compuestos fenólicos (Y1) fue del 62 %, encontrado

para el experimento 4, que se corresponde con unas condiciones operacionales

de temperatura de 50 °C, caudal de 1 mL/min y el empleo de etanol al 85 %. Los

rendimientos de recuperación de compuestos fenólicos superiores al 55 %, sólo

se obtuvieron en el experimento antes mencionado y en el experimento 1 (con

condiciones de operación de: caudal de 1 mL/min, 30 °C y etanol al 85 %) y el

experimento 5 (caudal de 2,5 mL/min, 30 °C y etanol al 85 %).

De estas tres condiciones, que conducen a los rendimientos más altos de

recuperación de compuestos fenólicos, se puede concluir que la concentración de

etanol va a ser una variable importante en el proceso de desorción.


143

Tabla 4.17. Valores experimentales y calculados de las funciones objetivo durante la desorción en resina Sepabeads SP207.

Exp

FUNCIONES OBJETIVO

Y1

Y2

Y3 Y5

exp calc exp calc exp calc exp calc

1 56,82 53,41 2,98 2,87 58,74 52,04 0,494 0,487

2 54,13 55,47 2,76 2,80 51,22 56,85 0,493 0,504

3 41,77 44,97 2,11 2,21 40,63 42,76 0,425 0,436

4 62,32 61,18 3,01 2,98 48.77 47,71 0,556 0,541

5 57,93 55,32 2,87 3,05 49,04 51,72 0,571 0,571

6 53,41 51,21 2,63 2,89 51,97 44,49 0,528 0,531

7 53,05 51,23 2,78 2,62 52,18 51,09 0,496 0,548

8 52,22 51,23 2,64 2,62 57,02 51,09 0,643 0,548

9 52,04 51,23 2,52 2,62 50,55 51,09 0,526 0,548

10 41,49 40,82 2,14 2,10 39,39 33,41 0,455 0,440

11 49,00 46,80 2,48 2,38 52,07 49,41 0,480 0,463

12 36,75 36,08 2,01 2,01 34,55 34,90 0,471 0,475

13 42,55 40,42 2,19 2,04 43,84 40,66 0,510 0,505

14 43,35 44,55 2,25 2,31 51,63 48,48 0,507 0,511

15 30,49 32,10 1,50 1,59 26,59 32,57 0,405 0,402

16 47,23 49,64 2,41 2,50 40,30 44,47 0,455 0,505





Por el contrario, los experimentos del número 12 al 15, que presentan en común

el valor más alto del caudal (4 mL/min), son los que obtuvieron la peor

recuperación de compuestos fenolicos con rendimientos de desorción de entre el

30 y el 43 % de recuperación. Esto parece indicar que el proceso de desorción

realizado en continuo no se ve favorecido por caudales altos.

La concentración de compuestos fenólicos en las muestras desorbidas (función

objetivo Y2), determinada espectrofotométricamente por el método de Singleton y

Rossi, se encontró dentro del intervalo 1,5-3,0 g EAG/L, coincidiendo el valor

máximo de concentración de fenoles en el experimento 4, el cuál presentó el

mayor rendimiento de recuperación. Del mismo modo, en los experimentos 1 y 5


144

se obtuvieron concentraciones de fenoles de 2,98 y 2,87 g EAG/L

respectivamente.

La pureza de los extractos (función objetivo Y5) obtenida, relativa a su

composición en compuestos fenólicos, osciló entre el 40 % encontrado en el

experimento 15 (caudal de 4 mL/min, 50 °C, 85 % EtOH) y un máximo del 64 %

correspondiente al experimento 8 (caudal de 2,5 mL/min, 40 °C, 85 % EtOH). Los

experimentos, 4 y 5 que condujeron al mayor rendimiento de desorción, también

presentaron concentración de compuestos fenólicos por encima del 55 % del total

del extracto; encontrándose para estos ensayos una buena selectividad para la

eliminación y recuperación de compuestos fenólicos en un proceso combinado de

adsorción-desorción.

En la Figura 4.22 se muestra la correlación entre el contenido fenólico de los

extractos desorbidos y la capacidad de captación de radicales ABTS determinada

como mM de Trolox. Como se observa en la figura, se puede decir que existe una

correlación entra la concentración de estos compuestos en el extracto y su

actividad.

Figura 4.22. Relación entre la concentración de compuestos fenólicos en la solución alcoholica eluida y la actividad antioxidante como captadora de radicales ABTS.

La capacidad de captación de radicales del eluyente varió desde 26 hasta 59 mM

Trolox. Estos valores fueron más elevados a los encontrados en los procesos de

recuperación de componentes bioactivos mostrados en el apartado 4.2.2.4.2

donde los valores de actividad estuvieron en el intervalo de 7 a 14 mM Trolox

0

10

20

30

40

50

60

70

1 1,5 2 2,5 3 3,5

TE

AC

(mM

Tro

lox)

Concentración de compuestos fenólicosg EAG/L


145

El contenido en azúcares del eluido de la columna, función objetivo Y6

(Tabla 4.18), osciló entre un 17 %, valor encontrado para el experimento 5 (caudal

2,5 mL/min, temperatura 30 °C, etanol 85 %) y el 24,5 % encontrado en el

experimento 9 (2,5 mL/ min, 40 ºC, etanol 85 %). Con estos datos parece que la

desorción de azúcares se ve favorecida por temperaturas y flujos de eluyente

altos, mientras que para la desorción de compuestos fenólicos se encuentra como

más favorable la temperatura baja y el flujo de eluyente bajo.

Tabla 4.18. Valores experimentales y calculados de las funciones objetivo Y4 e Y6.

Y4= D- glucosa/L

Y6= g D-glucosa/g extracto

La validez estadística de los resultados encontrados para las variables

independientes se evaluó mediante una prueba t de Student; la importancia de los

modelos se evaluó mediante el test F de Fischer. Los coeficientes para los efectos

lineales, cuadráticos y de interacción entre las variables independientes en las

funciones objetivo se muestran en la Tabla 4.19.

Exp

FUNCIONES OBJETIVO

Y4

Y6

exp calc exp calc

1 1,24 1,09 0,206 0,186

2 1,08 1,14 0,193 0,202

3 0,880 0,960 0,177 0,191

4 0,951 0,961 0,176 0,173

5 0,861 1,08 0,171 0,205

6 1,10 1,07 0,222 0,214

7 1,13 1,07 0,201 0,221

8 0,949 1,07 0,232 0,221

9 1,17 1,07 0,245 0,221

10 1,03 1,00 0,219 0,216

11 1,01 0,976 0,195 0,189

12 0,84 0,809 0,197 0,192

13 1,00 0,921 0,234 0,226

14 1,00 0,991 0,227 0,227

15 0,75 0,875 0,201 0,213

16 1,07 0,997 0,203 0,203


146

La desorción de azúcares, evaluada mediante las funciones objetivo Y4 (g equiv.

de glucosa/ L eluído) e Y6 (g de equiv. de glucosa por gramo de extracto obtenido)

no resultó ser estadísticamente significativa en el modelo y con los valores de las

variables en los intervalos estudiados (Tabla 4.19).

El rendimiento de desorción de compuestos fenólicos presentó como influyente en

el proceso todos los efectos simples, cuadráticos y efectos cruzados salvo el

correspondiente al cruce entre temperatura y concentración de etanol. Tienen

peso positivo sobre el rendimiento de recuperación de fenoles, la concentración

de etanol elegida, si bien, este peso es bastante inferior al peso negativo que

tienen sobre la desorción la temperatura y el flujo de disolvente.

Tanto el flujo de disolvente como la temperatura del proceso muestran efecto

negativo de forma significativa sobre el contenido de compuestos fenólicos en la

muestra eluída. También, en un peso similar, tienen influencia en el proceso el

efecto cuadrático de la concentración de etanol y el flujo de disolvente. En este

caso también las interacciones del flujo con las otras dos variables han resultado

significativas.

De los parámetros que resultaron significativos mostrados en la Tabla 4.19 se

puede concluir que las funciones objetivo que mostraron tener efectos

significativos se pueden formular en función de los mismos.

Del tratamiento de los datos mediante la metodología de curvas de superfice de

respuesta se obtienen una serie de condiciones de operación que de acuerdo con

el ajuste de mínimos cuadrados realizado a la ecuación cuadrática, nos

proporciona un valor máximo para la función objetivo que se está estudiando en

cada momento.

Según esto, parece claro que las condiciones de desorción van a estar cerca de

valores bajos de caudal de disolvente y de temperatura, y concentraciones altas

de etanol.


147

Tab

la 4

.19. C

oefic

iente

s d

e re

gre

sió

n y

pro

bab

ilidad

.

C

oefic

ien

tes d

e re

gre

sió

n y

pro

ba

bilid

ad

Pa

rám

etro

s

Y1

Y

2

Y3

Y

4

Y5

Y

6

Y1C

Y1P

Y

2C

Y2P

Y

3C

Y3P

Y

4C

Y4P

Y

5C

Y5P

Y

6C

Y7P

a0

52

,20

0,0

00

0

2

,63

0,0

00

0

5

1,0

9

0,0

00

0

1

,07

0,0

00

0

0,0

00

0

0

,221

0,0

00

0

a1

-7,8

6

0,0

00

1

-0

,37

7

0,0

00

5

-6

,10

0,0

30

8

-0

,06

9

0,2

60

2

-0

,00

9

0,6

33

9

0

,015

0,1

29

2

a2

-4,1

7

0,0

01

7

-0

,23

4

0,0

04

3

-3

,63

0,1

31

7

-0

,04

0

0,4

75

7

-0

,03

3

0,1

10

9

-0

,00

1

0,9

06

1

a3

2,4

4

0,0

35

5

0

,075

0,2

64

1

1

,92

0,4

59

0

-0

,00

6

0,9

31

6

0

,012

0,5

68

2

-0

,00

2

0,8

43

9

a4

-7,1

5

0,0

01

4

-0

,30

2

0,0

13

2

-1

,46

0,6

86

4

0

,026

0,7

79

9

-0

,06

0

0,0

85

6

0

,005

0,7

13

2

a5

8,4

5

0,0

00

5

0

,408

0,0

03

1

8

,96

0,0

38

4

0

,085

0,3

65

1

0

,047

0,1

56

9

0

,003

0,8

11

6

a6

1,0

2

0,4

52

1

0

,102

0,2

77

8

6

,09

0,1

22

7

-0

,00

7

0,9

41

5

-0

,00

1

0,9

80

8

-0

,01

2

0,4

13

7

a7

-4,0

6

0,0

15

1

-0

,20

0

0,0

49

3

-4

,33

0,2

30

1

-0

,07

9

0,3

77

1

-0

,03

4

0,2

70

4

-0

,00

9

0,4

92

0

a8

2,4

9

0,0

84

7

0

,106

0,2

41

0

-2

,99

0,3

91

1

-0

,03

2

0,7

16

5

-0

,01

0

0,7

35

0

-0

,01

7

0,2

20

8

a9

-6,9

7

0,0

01

2

-0

,29

5

0,0

11

6

-3

,06

0,3

85

5

-0

,00

9

0,9

21

4

-0

,05

4

0,1

01

3

-0

,00

1

0,9

72

0

R2

0,9

03

4

0

,943

1

0

,783

8

0

,447

8

0

,685

0

0

,547

2

F

6,2

39

1

1,0

52

2

,418

0

,540

6

1

,449

99

0

,805

5

Erro

r típic

o

3,9

64

8

0

,159

3

6

,025

9

0

,153

9

0

,051

37

0

,023

3

Y1 =

% d

esorció

n

Y2 =

g E

GA

/L

Y3 =

Eq

uiv

mM

Tro

lox

Y4 =

D- g

luco

sa/L

Y5 =

g E

GA

/ g ex

tracto

Y6 =

g D

-glu

cosa/g

extracto

Y

C =co

eficiente

YP =

pro

bab

ilidad


148

Los valores óptimos encontrados en este estudio se detallan a continuación:

Y1: Rendimiento de desorción de compuestos fenólicos (%)

1. Caudal: 1 mL/ min

2. Temperatura: 34,9 °C

3. Concentración de etanol: 78 %


1. Caudal: 1 mL/ min




1. Caudal: 2,3 mL/ min


3. Concentración de etanol: 91,1 %

Y4: Concentración azúcares totales en el eluido (g D-glucosa/ L).








Y6: Contenido en azúcares totales en extracto (g D-glucosa / g extracto).




La validez del diseño factorial empleado y la bondad de los ajustes obtenidos se

evalúan realizando procesos de desorción de acuerdo a las condiciones de


149

operación elegidas aleatoriamente y evaluando las funciones objetivo, para

posteriormente comparar estos valores experimentales con los calculados mediante

los modelos matemáticos encontrados por el método de superficies de respuesta.

Estos ensayos de comprobación del modelo con los valores experimentales y

calculados se muestran en la Tabla 4.20.

Tabla 4.20. Pruebas de ajuste del modelo.

Caudal T [EtOH%]

Y1

Y2 Y3

Yexp Ycalc Yexp Ycalc Yexp Ycalc

1,45 31,33 79,73 54,10 57,42 58,70 58,48 0,523 0,520

2,69 35,30 91,13 37,25 34,40 54,18 55,34 0,570 0,550

1,60 44,74 82,14 56,26 56,97 42,25 43,91 0,538 0,540

Y1= % desorción

Y2= Equiv mM Trolox

Y3= g EGA/ g extracto

Tanto la desorción de compuestos fenólicos determinada como porcentaje respecto

a los compuestos adsorbidos, como la actividad antioxidante de los compuestos

presentes en el eluido y su concentración en el extracto obtenido, representado todo

esto por las funciones objetivo Y1, Y2, Y3, son predichos de forma acertada por los

modelos matemáticos obtenidos, viendo como se presenta una buena concordancia

entre los valores experimentales y los calculados.

La Figura 4.23 muestra las superficies de respuesta encontradas teniendo en cuenta

únicamente las variables que resultaron ser estadísticamente significativas en la

desorción de compuestos fenólicos desde una resina Sepabeads 207. La gráfica

4.23a, muestra la variación de la desorción en función de la variación del flujo y de la

temperatura para una concentración de etanol fijada en 85 %. Los mayores

rendimientos de desorción se obtienen a valores bajos de fluo y temperatura de

50 °C, alcanzando valores entorno al 60 % de desorción. El aumento de caudal de

disolvente presenta un efecto negativo sobre la desorción de fenólicos encontrando

como a 50 °C, los valores de desorción caen hasta valores de 30 %. A estos valores

altos de caudal (4 mL/min), el aumento de la temperatura del proceso presenta un

efecto contrario al visto en caudales de 1 mL/min, así el descenso de la temperatura

del proceso conduce a un aumento en las tasas de desorción.


150

Figura 4.23. Superficie de respuesta para la

desorción de compuestos fenólicos adsorbidos

en Sepabeads SP207 en función de la

variación de caudal y temperatura para: (a)

una concentración de etanol fijada en 85 %, (b)

de la variación de caudal y concentracion de

etanol para una temperatura fijada en 40 °C y

(c) en función de la temperatura y de la

concentracion de etanol para un caudal fijado

en 2,5 mL/min.

La gráfica 4.23b muestra la variación de la desorción en función de la variación de

caudal y concentracion de etanol para una temperatura fijada en 40 °C. La mayor

tasa de desorción (56-57 %) se obtiene cuando se emplean valores bajos de caudal

mientras que el porcentaje de etanol presenta un intervalo de concentraciones del

78-82 %. Al igual que sucedía en el caso anterior, el aumento del flujo de disolvente

presenta un efecto negativo sobre la desorción de fenólicos conduciendo a valores

inferiores de desorción. El empleo de caudales altos (4 mL/min) y el aumento de la

temperatura del proceso, presenta un efecto contrario al visto durante el empleo de

caudales de 1,5 mL/min, por lo que se necesitan concentraciones altas de etanol

para minimizar el efecto negativo del flujo en la desorción.

b)

c)

a)


151

En la gráfica 4.23c se muestra la variación de la desorción en función de la

temperatura y de la concentracion de etanol para un caudal fijado en 2,5 mL/min. Se

muestra en esta gráfica el peso que tienen los efectos cuadráticos para la

concentración de etanol en el rendimiento de desorción, encontrando que un valor

centrado de concentración de etanol es el que obtiene los rendimientos de desorción

más altos.

La Figura 4.24 muestra las superficies de respuestas encontradas teniendo en

cuenta únicamente las variables que resultaron ser estadísticamente significativas

en la concentración de compuestos fenólicos en la muestra de etanol eluida.

La gráfica 4.24a muestra la variación de la concentración de compuestos fenólicos

en función de la variación de caudal y temperatura para una concentración de etanol

fijada en 85 %. El flujo de disolvente vuelve a ser una variable cuyos cambios

implican respuestas significativas en esta función objetivo. El aumento en el flujo de

disolvente tiene un efecto negativo sobre la concentración de compuestos fenólicos

en todo el intervalo de temperaturas evaluado, siendo más marcado el efecto a bajas

temperaturas. Para esta dupla de variables, la mayor concentración de compuestos

fenólicos (1,10 g/L) se obtuvo para caudales en el intervalo de 1,5-2 mL/min y

temperaturas entre 30-35 ºC.

Variando el caudal y la concentración de etanol para una temperatura fijada en 40 °C

y representando en eje z la concentración de fenoles se obtiene la Figura 4.24b, la

cual muestra que los mayores rendimientos de compuestos fenólicos se obtienen

para valores de caudales altos y concentraciones de etanol intermedias. En las

condiciones extremas de estas variables se obtendrían bajas concentraciones de

compuestos fenolicos en las muestras eluidas.


152

Figura 4.24. Superficie de respuesta para el contenido en compuestos fenólicos del extracto desorbido de Sepabeads SP207 en función de: (a) la variación de caudal y temperatura para una concentración de etanol fijada en 85%, (b) la variación de caudal y concentracion de etanol para una temperatura fijada en 40 °C y (c) en función de la temperatura y de la concentracion de etanol para un caudal fijado en 2,5 mL/min.

La gráfica 4.24c que muestra la variación de la composición de los compuestos

fenólicos en función de la temperatura y de la concentración de etanol para un

caudal fijado en 2,5 mL/min presenta una superficie de respuesta similar a la

encontrada en la Figura 4.24c.

La Figura 4.25 muestra las superficies de respuesta encontradas teniendo en cuenta

únicamente las variables que resultaron ser estadísticamente significativas en la

determinación de actividad antioxidante de las muestras eluidas en disoluciones de

etanol.

La actividad de las muestras eluidas en función del flujo y la temperatura se muestra

en la gráfica 4.25a. Esta figura presentó el mismo comportamiento relatado

a)

c)

b)


153

previamente para la Figura 4.24a, encontrando valores máximos de actividad

antioxidante para caudales en el intervalo de 2-2,5 mL/min y temperaturas entre

30-35 °C.

Comportamientos similares a sus gráficas análogas para la concentración de

compuestos fenólicos, se encuentran para las gráficas 4.25 b y c.

Figura 4.25. Superficie de respuesta para la actividad antioxidante de los extractos desorbidos de Sepabeads SP207 en función de: (a) la variación de flujo y temperatura para una concentración de etanol fijada en 85 %, (b) de la variación de caudal y concentracion de etanol para una temperatura fijada en 40 °C y (c) en función de la temperatura y de la concentracion de etanol para un caudal fijado en 2,5 mL/min.

b) a)

c)


154


Se ha comprobado que las resinas poliméricas seleccionadas presentaron un buen

comportamiento en la desorción de compuestos fenólicos con actividad antioxidante,

presentes en vinazas de destilación de bagazo fermentado de uva blanca. El caudal

con el que se alimenta la solución de etanol resulta ser significativo para las

principales variables objetivo estudiadas. Los mayores rendimientos de desorción se

obtienen a valores bajos de flujo y temperatura de 50 °C, alcanzando valores en

torno al 60 % de desorción para la resina Sepabeads SP207. El extracto desorbido

presentó una mayor concentración de compuestos fenólicos (1,10 g/L) para

caudales comprendidos en un intervalo de 1,5 a 2 mL/min y temperaturas entre

30-35 °C. La actividad antioxidante de los extractos se encontró para condiciones de

desorción similares a las anteriores (caudales en el intervalo de 2 a 2,5 mL/min y

temperaturas entre 30-35 °C).


155

II. APLICACIONES COSMÉTICAS

4.3. PROTECCIÓN DE LA OXIDACIÓN ACELERADA EN COSMÉTICOS

4.3.1. Resumen

Los extractos concentrados obtenidos a partir de subproductos de bodega (SBC)

mediante la aplicación de las tecnologías de resinas y membranas se evaluaron

como agentes protectores frente a la oxidación de cremas cosméticas. Se ensayó

otro extracto obtenido por tecnología hidrotérmica y posteriormente concentrado

mediante resinas; este extracto se obtuvo a partir de erizo de castaño que fue

sometido a autohidrólisis, a extracción de la fase líquida con acetato de etilo y a

su concentración con resinas para la obtención de un producto (EAEC). También

se compararon con extractos y antioxidantes comerciales. Ambos extractos,

mostraron propiedades antioxidantes in vitro comparables a los antioxidantes

sintéticos comerciales y también, ser seguros para uso tópico en ensayos con piel

sintética, al no mostrar efectos irritantes cuando se aplicaron al 0,1 % en los

tejidos humanos reconstruidos. Se evaluó la estabilidad de algunas emulsiones

modelo de uso cosmético con ensayos de oxidación a 50 °C. La incorporación de

estos extractos, añadidos en dosis de 0,4-0,5 % a emulsiones de aceite-en-agua,

disminuyeron la oxidación de lípidos durante la oxidación acelerada.


La creciente demanda de aditivos naturales está siendo incentivada por las

restricciones en el uso de los antioxidantes sintéticos para evitar la oxidación

lipídica en alimentos y cosméticos (Andreassi y Andreassi, 2004). Los residuos y

subproductos agro-industriales son baratos, abundantes y renovables, y contienen

compuestos con propiedades antioxidantes, citotóxicas y antimicrobianas que

podrían proponerse como conservantes naturales en productos cosméticos

(Vinardell y col., 2008; Rodrigues y col., 2013). Además, las formulaciones

enriquecidas en antioxidantes administrados por vía tópica, cosmética o mediante

suplementos dietéticos, podrían ejercer un efecto antioxidante/protector en la piel,

al disminuir el estrés oxidativo (Morganti y col., 2002), que es uno de los

principales mecanismos para el envejecimiento de la piel.


156

Una importante preocupación relacionada con la extracción de ingredientes

naturales para usos cosmecéuticos es la limitación de los disolventes tóxicos

(Chaudhari y col., 2011). El agua es un disolvente abundante, pero no es

adecuado para extraer los compuestos no polares. Una tecnología disponible

consiste en el empleo de agua subcrítica, autohidrólisis o tratamiento hidrotérmico

a temperaturas en el intervalo de 150 a 250 ºC. Se ha propuesto esta reacción

autocatalizada para el fraccionamiento en condiciones ambientalmente

sostenibles de la biomasa vegetal (Conde y col., 2011).

Los compuestos fenólicos naturales procedentes de fuentes terrestres, incluidos

los ácidos benzoicos, ácidos cinámicos y flavonoides, poseen propiedades

antioxidantes, cardioprotectoras, neuroprotectoras, contra el cáncer,

antiinflamatorias, antienvejecimiento y propiedades antimicrobianas (Boudet,

2007; Vinardell y col., 2008).

El objetivo de este trabajo fue evaluar el potencial para uso cosmético de los

extractos producidos a partir de fuentes infrautilizadas biorrenovables, una de

ellas es la corriente de desecho de destilería de vino. Se evalúan las propiedades

antioxidantes in vitro, la posible irritación de la piel y la protección contra la

oxidación de algunos productos cosméticos modelo.


Los extractos empleados para las pruebas de la oxidación acelerada fueron los

siguientes: extractos de bagazo o subproducto de bodega (SBC) y el extracto de

erizos de Castanea sativa (EAEC) obtenidos según la descripción del epígrafe

3.1.2.2 del capítulo de Materiales y métodos.

Se prepararon los siguientes cosméticos: una crema de aguacate (CG), una

crema solar (CS), un aceite de masaje (AM) y un aceite de ducha (AD); cuyas

respectivas formulaciones se encuentran descritas en el apartado 3.1.4.1 del

capítulo de Materiales y métodos.

Se empleó también tocoferol (T), extracto de té (ET), extracto de vid comercial

(EV) y extracto de Fucus (EF).


157

Se evaluaron las propiedades antioxidantes de los extractos empleando la

metodología siguiente: captación del radical DPPH (descrito en el epígrafe

3.3.10.1), radical ABTS (apartado 3.3.10.2), poder antioxidante de reducción del

hierro (epígrafe 3.3.10.3) y poder reductor (epígrafe 3.3.10.4).

Las pruebas de irratibilidad fueron realizadas en la Faculdad de Farmacia de la

Universidad de Barcelona, que para su valoración y como alternativa al ensayo in

vivo, utilizaron el método de modelo de piel humana reconstituida EpisSkin®

descrito como método validado y aceptado.

Se evaluó la protección frente a la oxidación acelerada almacenando los

productos en botes de vidrio con tapa que se mantuvieron a 50 °C en oscuridad

durante un período de varios días. A las muestras retiradas se les analizó el valor

de peróxido y de p-anisidina, según las técnicas espectrofotométricas descritas en

el epígrafe 3.3.11 del capítulo de Materiales y métodos.


Las propiedades químicas, físicas y antioxidantes de los extractos seleccionados

se muestran en la Tabla 4.21. Los extractos se produjeron a partir de fuentes

renovables o residuales subutilizadas, recogidos en el período de máxima

abundancia y procesados por las tecnologías previamente optimizadas. Los

extractos concentrados, obtenidos a partir de subproductos de la bodega (SBC) y

los de hidrolizados de erizos de castaños (EAEC), presentan un elevado

contenido fenólico (> 40%). Los principales compuestos en las muestras de SBC

son monómeros fenólicos (ácido gálico, catequina, epi-catequinas y quercetina),

así como algunos oligoméricos y poliméricos (Díaz y col., 2012). Los principales

compuestos identificados del extracto de autohidrólisis de erizo de castaña

(EAEC) eran ácidos fenólicos (gálico, 4-hidroxibenzoico, vaníllico, siríngico, p-

cumárico, ferúlico) y algunos flavonoides (rutina, quercetina y apigenina) (Conde y

col., 2011).


158

4.3.4.1. Ensayos químicos para determinación in vitro de actividad

antioxidante

Las propiedades de eliminación de radicales se han caracterizado utilizando

ensayos de aceptación universal. El ensayo de DPPH es un método simple, fácil y

preciso con respecto a la medición de la capacidad antioxidante de los extractos

naturales, y existe abundante información bibliográfica útil con fines comparativos

(Conde y col., 2011; Díaz y col., 2012). El extracto más activo en la captación de

radical DPPH fue el de mayor contenido fenólico, con una actividad comparable a

la de los antioxidantes sintéticos, siendo el más activo frente al radical ABTS el

concentrado de subproductos de bodega (Tabla 4.21). EL EAEC mostró valores

de CAA (coeficiente de actividad antioxidante) comparables a la de BHA a una

concentración similar.

4.3.4.2. Actividad antioxidante en sistemas celulares

Debido a su susceptibilidad a la peroxidación se emplearon glóbulos rojos de rata

como un modelo para investigar el estrés oxidativo en las biomembranas

Tabla 4.21. Contenido en de los extractos obtenidos a partir de fuentes renovables subutilizadas: subproductos de bodega concentrados (SBC), extracto de autohidrólisis de erizo de castaño (EAEC).

Extractos

SBC EAEC

Contenido fenólico ( g EAG g/100 g extracto) 45,0 56,0

Propiedades antioxidantes in vitro

DPPH, CE50 (mg/mL) 0,358 0,297

TEAC (g Trolox/g extracto) 1,73 1,13

FRAP (M FeSO4 ·7 H2 O) 549,02a 574,59

a

FRAP (mM ácido ascórbico) 0,26a 0,28

a

Poder reductor (mM ácido ascórbico) 0,30a 0,24

a

β-Caroteno (CAA) 513,73

b 769,04

b

Propiedades. antioxidantes en células

AAPH, CE50 (g/mL) 123,2 ± 7,6 48,2 ± 10,1

TBARS (mg/L) 200 1000

CE50, BHT = 2,79 mg/mL; CE50, BHA = 0,22 mg/mL; CE50, ácido ascórbico = 0,12 mg/mL

TEAC (Trolox Equivalent Antioxidant Capacity): Capacidad antioxidante equivalente en Trolox.

CAA: Coeficiente de Actividad Antioxidante: CAABHT = 980,47 ± 2,17; CAABHA = 886,93 ± 9,98 AAPH: Concentración que inhibe el 50% de la hemólisis inducida por APPH; CE50, epicatequina = 119,82 g/mL

FRAP (Ferric Reducing Antioxidant Power): Poder antioxidante de reducción del hierro aextracto de 100 ppm; b1000 extracto ppm


159

celulares. El inhibidor más eficiente, que muestra la concentración más baja que

causa el 50 % de inhibición inducida por APPH, el valor CE50 de hemólisis, fue el

extracto refinado de autohidrólisis de erizos de castaño (CE50 = 48,2 g/mL),

seguido por los subproductos concentrados de bodega (CE50 = 123,2 g/mL).

Las sustancias reactivas al ácido tiobarbitúrico (TBARS), medidas como la

inhibición in vitro de la peroxidación lipídica en los eritrocitos es representativa

para los procesos de estrés oxidativo de la piel (Andreassi y Andreassi, 2004;

Polefka y col., 2012). Los valores de CE50 fueron 200 g/mL para el SBC y 1000

g/mL para los extractos de tratamientos hidrotérmicos de erizo de castaña

(Tabla 4.21). Se observó una baja protección contra la peroxidación lipídica

inducida por H2O2. Las diferencias en la actividad antioxidante en estos dos

métodos se podrían explicar por el diferente mecanismo hemolítico utilizado por

este oxidante en comparación con AAPH, que causa la oxidación de lípidos y

proteínas.

4.3.4.3. Pruebas de irritabilidad dérmica

Dado que la concentración de antioxidante endógeno disminuye desde el exterior

a las capas más profundas de la piel, se ha propuesto la aplicaciones de

antioxidantes naturales por vía tópica para proteger la piel del estrés oxidativo

inducida por la radiación UV, aunque no todos los antioxidantes tienen afinidad

similar para diferentes capas de la piel (Abla y Banga, 2013). Con el fin de

confirmar el potencial de los extractos para uso tópico, se realizaron ensayos de

irritabilidad con la prueba Episkin. En la Tabla 4.22 se muestran datos de la

viabilidad celular y la citoquina interleuquina-1 (IL-1) a partir de ensayos de

liberación in vitro con epidermis humana reconstituida. Este método se basa en un

modelo que emplea queratinocitos humanos, que representan in vitro el órgano

objetivo para irritación de la piel y cubre el paso inicial de la cascada inflamatoria

que se produce durante la irritación in vivo. Los productos químicos irritantes se

identifican por su capacidad para disminuir la viabilidad celular debajo de

determinados umbrales, suele considerarse la reducción por debajo de 50 %. El

método distingue entre sustancias irritantes y no irritantes. Los extractos

producidos mediante autohidrólisis de erizos de castaña no son irritantes de la piel


160

para su uso tópico en formulaciones cosméticas al 0,1 % debido a que la

viabilidad en todos los casos es mayor del 50 %, con valores entre 79,4 y 92,3 %.

Este uso potencial también se confirmó por la baja liberación de IL-1 como punto

final del proceso de irritación (en el intervalo de valores del control negativo). Esta

es una citoquina pro-inflamatoria altamente activa y pleiotrópica que juega un

papel clave en la inflamación y puede ser el reflejo biológico de irritación de la

piel. Se ha descrito que la concentración de IL-1 liberada por los queratinocitos en

medio de cultivo aumentó significativamente tras la exposición a diferentes

agentes irritantes (Zhang y col., 2011). La Tabla 4.22 muestra los valores de

viabilidad y de concentración de interleuquina-1 liberada, confirmando que los

extractos son buenos candidatos a tener en cuenta para ser usados en

formulaciones cosméticas.

Tabla 4.22. Viabilidad celular y concentración de interleuquina-1 (IL-1) liberada durante los estudios in vitro con los extractos disponibles empleando epidermis humana reconstituida.

Extracto Densidad óptica Viabilidad (%) IL-1 (pg/mL)

Control negativo (PBS) 0,77 ± 0,04 100 4,1 ± 2,4

Control positivo (SDS) 0,19 ± 0,08 27,20 ± 12,04 598,4 ± 35,0

EAEC 0,71 ± 0,08 92,33 ± 12,93 1,6 ± 4,5

Control negativo (PBS) 0,53 ± 0,15 100 12,1 ± 1,9

Control positivo (SDS) 0,14 ± 0,09 26,28 ± 17,8 503,7 ± 72,19

SBC 0,46 ± 0,09 92,34 ± 17,24 15,6 ± 6,7

PBS (Phosphate buffer saline): Tampón salino fosfato SDS (Sodium docecyl sulfate): Docecil sulfato sódico

4.3.4.4. Actividad antioxidante en emulsiones y aceites

Los antioxidantes son a menudo necesarios para proteger frente la oxidación de

lípidos, lo que causaría la rancidez y cambios no deseados en la textura,

apariencia y calidad de los productos cosméticos. Debido a la alta susceptibilidad

a la oxidación de lípidos emulsionados, la combinación de técnicas de

antioxidantes podría ser eficaz en el retraso de oxidación de lípidos, en la mejora

de la vida útil, en la utilización y en la calidad de los sistemas de emulsión

(Waraho y col., 2011). La polaridad, como único factor, no puede emplearse para

predecir la actividad de un antioxidante para inhibir la oxidación de lípidos en

emulsiones, ya que otros factores, como la concentración de antioxidante, la


161

reactividad, los efectos de partición, las interacciones con otros componentes y

las condiciones ambientales tales como el pH, la fuerza iónica y la temperatura,

son importantes. En los sistemas reales, los antioxidantes pueden interactuar con

otros compuestos, ya sea aumentando o disminuyendo su reactividad. La

capacidad de captación de radicales libres de los extractos seleccionados y su

efecto protector contra la oxidación en una emulsión, podría convertirlos en

candidatos para su uso como antioxidantes naturales en productos cosméticos.

Para comprobar su eficacia en la protección de productos cosméticos modelo, se

han añadido estos extractos a los mismos, sustituyendo los antioxidantes

comerciales sintéticos o naturales, y después se sometieron a un ensayo de

oxidación acelerada. El examen visual de los preparados reveló uniformidad y

homogeneidad en el color y en la forma de las emulsiones. El color de estos

productos se modificó ligeramente: blanco para el extracto de té y marrón para el

extracto de autohidrólisis de erizo de castaña.

La oxidación de los lípidos ocurre mediante una reacción de propagación en

cadena de radicales libres, en la que a partir de ácidos grasos y oxígeno se van

formando hidroperóxidos en presencia de calor, luz o catalizadores. Estos

compuestos son reactivos y forman nuevos productos o productos de oxidación

secundarios (aldehídos, cetonas, hidrocarburos y alcoholes). La estabilidad

oxidativa se puede evaluar mediante el análisis de los productos de oxidación

primaria y secundaria (medidos por los valores de peróxido y p-anisidina,

respectivamente). El valor de peróxidos cuantifica la cantidad de hidroperóxidos,

un valor que se ve afectado por ambas reacciones, la de formación y la de

descomposición. Los hidroperóxidos son componentes primarios de oxidación que

tienen una vida media inferior a la oxidación secundaria. El valor de p-anisidina es

una medida de la producción de aldehídos durante la oxidación de grasas o de

aceites. El valor TOTOX, indicativo de ambos productos de oxidación primarios y

secundarios, es práctico para estimar el grado de deterioro oxidativo de los lípidos

y se utilizó para medir la estabilidad oxidativa general después de 35 días de

almacenamiento.

Los valores registrados para la crema de aguacate se muestran en la Figura 4.26.

En la crema de aguacate, un producto de aceite en agua, el valor TOTOX está


162

relacionado principalmente con el valor de peróxidos. La adición de tocoferol no

protegió de la oxidación en este producto.

Figura 4.26. Valor de (a) peróxidos (expresado en mM de hidróxido de cumeno) y (b) TOTOX durante la oxidación acelerada de crema de aguacate a 50 ºC.

Los experimentos de oxidación confirmaron que todas las formulaciones de

cremas de protección solar fueron muy estables durante un período de 34 días a

50 °C. Los valores de peróxido, que se muestran en la Figura 4.27 estaban en el

intervalo de 0,15 a 0,45 mM hidroperóxido cumeno y no se llegó a la oxidación

secundaria.

Figura 4.27. Valor de peróxidos en formulaciones de crema solar durante la oxidación acelerada a 50 ºC.

a) b)


163

Este producto mantuvo una apariencia muy estable (Figura 4.28) y con el tiempo

de almacenamiento tampoco se observaron diferencias en la turbidez; las

diferentes preparaciones de crema solar tendían a valores similares de la

absorbancia a 510 nm, con valores en el intervalo de 0,35 hasta 0,6 después de

25 días (Figura 4.28).

Figura 4.28. Turbidez en formulaciones de crema solar durante la oxidación

acelerada a 50 ºC () sin antioxidante añadido, y con (●) tocoferol,

() ET, () SBC y () VE.

En la Figura 4.29 se muestran los valores de TOTOX obtenidos para el aceite de

masaje, y como este es más sensible a la oxidación, los valores de peróxidos

fueron relativamente bajos en comparación con los valores de p-anisidina, que

eran mucho mayores, pues los hidroperóxidos se descomponen en productos de

oxidación secundaria en las condiciones ensayadas. El antioxidante de referencia

tocoferol, protegió sólo ligeramente y no pudo evitar la oxidación del aceite y el de

Fucus fue ligeramente más eficaz.


164

Figura 4.29. Valores de (a) peróxidos, (b) p-anisidina y (c) TOTOX durante la oxidación acelerada de aceite de masaje a 50 °C.

En la Figura 4.30 se muestran los valores de TOTOX obtenidos para el aceite de

ducha. Al igual que en el anterior aceite, los valores de peróxidos fueron bajos en

comparación con los valores de p-anisidina. El uso de extracto de té mejoró la

estabilidad del aceite de manera más eficiente (95,3 %) a los 34 días de

almacenamiento, seguido del extracto de Fucus y tocoferol.

El tocoferol fue más eficaz en la inhibición de la oxidación de lípidos en aceite de

ducha y masaje de aceite (57,3 y 5,21 %, respectivamente), pero no mostró

capacidad de proteger a la crema de aguacate de la oxidación. Los extractos

EAEC y SBC fueron muy eficaces en la emulsión de aceite en agua (crema de

aguacate), con valores de porcentaje de inhibición de 97,64 y 97,59 %,

respectivamente. En los sistemas complejos, tales como las emulsiones, el tipo de

antioxidante utilizado y la fase en la que se añaden, pueden ser factores

relevantes que podrían afectar a su efectividad.

a) b)

c)


165

Figura 4.30. Valores de (a) peróxidos, (b) p-anisidina y (c) TOTOX durante la oxidación acelerada de aceite de ducha a 50 ºC.

El uso de tocoferol no mejoró significativamente la estabilidad de las cremas,

mientras que los extractos fenólicos inhibieron la oxidación de lípidos. El efecto

prooxidante del tocoferol se ha observado anteriormente durante la oxidación

primaria y secundaria en emulsiones de lípidos estructurados (Osborn-Barnes y

Akoh, 2003), y se le ha atribuido a esta molécula la capacidad de donar un átomo

de hidrógeno a un radical peroxilo para convertirse en un tocoferoxilo radical.

Dependiendo del contenido graso de los productos estudiados, la extensión de la

oxidación fue diferente. Mientras que en la crema de aguacate, una emulsión más

rica en agua, la mayor contribución al valor de TOTOX fue la del valor de

peróxidos, en el caso del aceite de masaje, más rico en aceite, la mayor

contribución fue la del valor de p-anisidina. Dado que las condiciones de oxidación

acelerada fueron las mismas, los productos de menor contenido graso mostraron

valores de peróxidos mayores, indicando que la oxidación estaba en la fase

primaria, mientras que los productos más grasos mostraron básicamente valores

de p-anisidina, indicativo de que se había alcanzado la oxidación secundaria. A

a) b)

c)


166

modo comparativo, en la Figura 4.31 se presentan, para algunos tiempos

seleccionados, y los valores más influyentes (peróxidos o p-anisidina) en el valor

de TOTOX.

a)

b)

Figura 4.31. Comparación de la contribución del valor de peróxidos y de p-anisidina al valor de TOTOX en la oxidación acelerada de: (a) crema de aguacate (CG) y (b) aceite de masaje (AM).


167

4.3.5. Conclusiones

Los extractos fenólicos extraídos, con disoluciones acuosas, u obtenidos por

procesos de autohidrólisis, pueden concentrarse eficazmente con resinas para

obtener un producto más puro, que una vez seco es estable y manejable. Se ha

comprobado que algunos de estos extractos fenólicos pueden ser adecuados

para incorporar en productos cosméticos formulados como emulsiones o en

aceites. Se ha comprobado que los extractos de subproductos de destilería no

son tóxicos para aplicaciones tópicas y que protegen frente a la oxidación,

evaluada en condiciones aceleradas, de modo más eficaz que algunos

antioxidantes o extractos naturales comerciales.


169

4.4. EVALUACIÓN SENSORIAL DE COSMÉTICOS

4.4.1. Resumen

El objetivo de este trabajo fue formular varios productos cosméticos con los

extractos etanólicos de diversos productos y subproductos vegetales que se

caracterizan por presentar y aportar cuatro tipos de aromas: floral, afrutado,

herbáceo y terroso/especiado. En dichos extractos se determinaron el poder

reductor y la capacidad de captación de radicales y se realizó la evaluación

sensorial de los productos finales.

Todo buen cosmético debe cumplir con aquellos objetivos de eficacia y

funcionalidad para los cuales ha sido formulado; sin embargo, sus características

sensoriales condicionan en gran manera su aceptación por parte del consumidor,

pudiendo ser incluso rechazado, aunque responda fielmente a los requisitos

anteriormente mencionados (Vivó y col., 2013), o dependiendo de la raza o la

cultura (Ayabe-Kanamura y col., 1998). Así, pues el formulador, ante un nuevo

desarrollo cosmético, deberá concentrar sus esfuerzos tanto en optimizar las

propiedades sensoriales, como en potenciar su eficacia.

Por todo ello, se ha procedido al estudio de las propiedades organolépticas de

diversos productos cosméticos mediante un test de consumidores, en el que se

incluyen cuestiones sobre la preferencia de diversos atributos como textura,

brillo, color, olor, untabilidad y sensación en la piel.


El consumidor es cada vez más exigente, reclamando el empleo de ingredientes y

aditivos naturales en los productos cosméticos, así como la sustitución de

compuestos sintéticos por sus posibles efectos negativos en la salud y el medio

ambiente (Chermahini y col., 2011).

Los antioxidantes son conservantes con la función de prevenir la oxidación de

lípidos del producto. Pueden actuar siguiendo diferentes mecanismos, por ello se

distingue entre agentes bloqueantes, agentes sinérgicos y agentes reductores.


170

Más recientemente, se han propuesto productos a base de antioxidantes para

proteger la piel (Andreassi y Andreassi, 2004; Buenger y col., 2006).

Entre las sustancias naturales con propiedades antioxidantes destacan los

compuestos fenólicos. Los compuestos fenólicos naturales, como los ácidos

benzoicos y los flavonoides, se encuentran en abundancia en diversas fuentes

renovables, como alimentos y productos forestales agrícolas y subproductos. La

utilización de estas fuentes alternativas de bajo coste es deseable para la

valorización integral de materias primas vegetales y podría beneficiar a la

economía del proceso y el coste de los productos. El potencial de estos extractos

naturales obtenidos a partir de biomasa vegetal y de residuos ha sido descrito

ampliamente en la bibliografía (Cavallo y col., 2008); así, por ejemplo Balboa y

col. (2014) demostraron que los extractos de bagazo de destilería eran seguros

para uso tópico y mejoraban la estabilidad oxidativa de emulsiones de aceite-en-

agua.

Los compuestos fenólicos presentan una amplia variedad de actividades de

interés en cosmética, tales como antioxidante, antimicrobiana, anti-inflamatoria o

anti-envejecimiento. Las formulaciones enriquecidas con antioxidantes se utilizan,

cada vez más, en los cosméticos antienvejecimiento como una estrategia de

defensa contra las especies reactivas al oxígeno (ROS) (Pouillot y col., 2011).

Además, los compuestos fenólicos naturales pueden penetrar más fácilmente a

través de la barrera de la piel, en particular el estrato córneo (Zillich y col., 2013).

Los productos cosméticos, además de ser eficaces y estables, también deben ser

aceptados por el consumidor. La incorporación de extractos naturales podría

conferir colores o aromas característicos y/o excesivamente intensos, que podrían

limitar la aceptación del producto (Weber y Heuberger, 2008); por ello, para poder

valorar la aceptación de dichos productos por parte del consumidor es preciso

realizar pruebas a través de los sentidos (Küllcamp-Guerreiro, 2013).

El análisis sensorial se puede realizar con diferentes tipos de pruebas, entre las

que destacan los métodos por pruebas afectivas, discriminativas y descriptivas.


171

En la evaluación sensorial de los cosméticos, Silva y col. (2004) utilizaron la

prueba afectiva y la prueba discriminativa. Francisco y col. (2001) y Pereira y col.

(2001), para el desarrollo de cremas faciales que contienen filtros solares,

emplearon pruebas afectivas para evaluar un atributo sensorial de las mismas, la

capacidad de extensión.

Los métodos afectivos representan la opinión del consumidor y evalúan si a los

consumidores les “gusta o no gusta” el producto en cuestión; se trata de un

método cuantitativo que se puede aplicar en estudios de mercado de consumo,

tratando de comprender las preferencias del consumidor (Aust y col., 1987).


Las materias primas empleadas para las pruebas sensoriales fueron bagazo de

destilado, descrito en el apartado 3.1.1 del capítulo de Materiales y métodos,

astillas de madera de Pinus pinaster (apartado 3.1.1.2), flores de Acacia dealbata

(apartado 3.1.1.3) y Lentinus edodes (apartado 3.1.1.4).

De todas estas materias se obtuvieron los extractos etanólicos correspondientes

según la metodología descrita en el apartado 3.1.2.2 del capítulo de Materiales y

métodos.

Para la evaluación sensorial se prepararon los siguientes cosméticos: una crema

de manos (CM), un aceite corporal (AC), un champú (CH), un exfoliante corporal

con sales (EC), una mascarilla de arcilla (MA) y un tónico limpiador (TL); cuyas

respectivas formulaciones se encuentran descritas en el apartado 3.1.4.2 del

capítulo de Materiales y métodos.

Para el análisis sensorial, las muestras fueron identificadas con un código de tres

dígitos elegidos aleatoriamente, de acuerdo con la Norma UNE-EN ISO

8587/2010 sobre análisis sensorial, metodología y ordenación.

Se diseñó una ficha de evaluación sensorial en la que el catador debía otorgar

una puntuación, en una escala de 10 puntos, a diversas características que

aluden tanto al aspecto externo de la formulación en cuestión, como a diversas


172

sensaciones táctiles y olfativas cuando se aplica o se retira el producto de la piel

(Figura 4.32).

FICHA

(Producto

cosmético)

NOMBRE:

EDAD: <20 20-30 30-40 +40

Fecha:

Marcar la intensidad de cada parámetro empleando una escala 0 - 10

1.- EVALUACIÓN DEL ASPECTO EXTERNO:

APERTURA DEL TARRO

En este apartado se evalúan las sensaciones ante las

diferentes características del preparado en el

momento de abrir el tarro. 462 197 953 741 268

Brillo: (Mate: 0 Brillante: 10)

Color: (No gusta: 0 Gusta mucho: 10) Intensidad del olor: (Débil: 0 Fuerte: 10)

Matiz del olor: (No gusta: 0 Gusta mucho: 10) Firmeza/Consistencia (al meter los dedos en el tarro):

(Baja: 0 Alta: 10)

Cremosidad /Textura/Apariencia:

(Muy cremosa: 0 Normal 10)


APLICACIÓN DEL PRODUCTO

Se evalúan las sensaciones ante las diferentes

características del preparado en el momento de

extenderlo sobre la piel del dorso de la mano. 462 197 953 741 268

Extensibilidad (facilidad de aplicación): (Difícil: 0

Fácil: 10)

Penetración: (Lenta: 0 Rápida 10)

Suavidad: (Baja: 0 Alta: 10)

Intensidad del olor: (Débil: 0 Fuerte: 10)

Matiz del olor: (No gusta: 0 Gusta mucho: 10)

Brillo (en la piel): (Baja: 0 Alta: 10) Sensación (en la piel): (No gusta: 0 Gusta mucho: 10)

Persistencia del olor: (Débil: 0 Fuerte: 10)


RETIRADA DEL PRODUCTO

Evaluación de las sensaciones en el momento de

retirar el preparado de la piel. 462 197 953 741 268

Retirada con papel de celulosa (facilidad de retirada):

(Difícil: 0 Fácil: 10)

Retirada con papel de celulosa y agua (facilidad de

retirada): (Difícil: 0 Fácil: 10)

4.- PUNTUACIÓN GLOBAL (Valorar de 0 a 10 la sensación global del

preparado).

462 197 953 741 268

5.- OBSERVACIONES (Comentarios/sugerencias acerca de los diferentes

preparados).

Figura 4.32. Ficha para la evaluación sensorial de los productos cosméticos.


173

El análisis sensorial ha sido realizado por 55 voluntarios, de los cuales 29 eran

hombres y 26 mujeres, y cuyas edades estaban comprendidas entre los 18 y los

45 años. La gran mayoría no habían realizado nunca ningún tipo de análisis

sensorial.

Los distintos preparados cosméticos fueron presentados a los catadores

inmediatamente después de su elaboración, en una única ocasión, pero

repartidos en tres sesiones, que se celebraron en un plazo de un mes. Antes de

iniciar la sesión de cata, se les explicó a los catadores cómo cubrir la ficha y qué

aspectos se debían de tener en cuenta (explicando y diferenciando ciertos

descriptores que podrían llevar a confusión) para reflejar las distintas

percepciones en la evaluación sensorial táctil, visual y olfativa en las distintas

fases: cuando se procede a la apertura del recipiente, en el momento de aplicar el

producto en el dorso de la mano o del antebrazo y, finalmente, en el momento de

la retirada del cosmético.


4.4.4.1. Propiedades químicas, físicas y antioxidantes de los extractos

Las propiedades químicas, físicas y antioxidantes de los extractos seleccionados

se muestran en la Tabla 4.23. Los rendimientos de extracción fueron para el

bagazo 3,2 g de extracto/100 g de orujo de uva, para la madera 2,8 g de

extracto/100 g de pino, para las flores de acacia 16,9 g de extracto/100 g de flores

y para el hongo 12,8 g de extracto/100 g shiitake. El rendimiento de extracción

alcanzado con las diferentes fuentes fue bajo, por debajo del 20 % del material

inicial. Sin embargo la fracción sólida remanente tras la extracción podría ser

fraccionada para separar y aprovechar los componentes estructurales que se

valorizarían para obtención de productos de interés alimentario, químico o

energético.

El contenido fenólico en los extractos fue mayor para el orujo de uva y para la flor

de acacia (18 % en peso), y muy baja para el hongo, pero que contenía azúcares

y polioles más variados (trehalosa, manitol y arabitol). El contenido fenólico de los

extractos se correlacionó con la capacidad de captación del radical ABTS. Los


174

productos más activos fueron los de flor de acacia y de orujo de uva, que

contenían casi el 20 % del peso seco de compuestos fenólicos.

Los eliminadores de radicales más activos fueron el extracto de flor de acacia y el

extracto de orujo de uva, con 50-70 % de capacidad de Trolox, seguido del

extracto de madera de pino, con un 32 % de capacidad de Trolox. El poder

reductor más elevado también se encontró para el extracto de flor de acacia.

Tabla 4.23. Caracterización de los extractos obtenidos a partir de fuentes renovables infrautilizadas: extracto de bagazo de uva o suproducto de bodega concentrado (SBC), extracto de madera de pino (EMP), extracto de flores de acacia (EFA), extracto de shiitake (ES).

Extractos

SBC EMP EFA ES

Rendimiento extracción (%) 3,2 2,8 16,9 12,8

Composición (g/100 g extracto)

Contenido fenólicos (eq. ácido

gálico/100 g extracto)

18,3 9,6 17,9 0,9

Nitrógeno total (%) 0,86 < 0,1 1,24 2,06

Azúcares totales (%)

Glucosa (2,64)

Xilosa (2,48)

Arabinosa (2,19)

Glucosa (9,41)

Xilosa (3,38)

Glucosa (0,99)

Trehalosa (14,52)

Manitol (10,02)

Arabitol (20,04)

Propiedades antioxidantes in vitro

TEAC (g Trolox/g extracto) 0,52 0,32 0,70 0,01

FRAP (g AA/g extracto) 0,01 0,10 0,17 < 0,01

TEAC (Trolox Equivalent Antioxidant Capacity): Capacidad antioxidante equivalente en Trolox.

CAA: Coeficiente de Actividad Antioxidante. CAABHT= 980,47 ± 2,17; CAABHA= 886,93 ± 9,98

FRAP (Ferric Reducing Antioxidant Power): Poder antioxidante de reducción del hierro

4.4.4.2. Evaluación sensorial

Entre los 55 voluntarios que participaron en el análisis sensorial, había 26 mujeres

y 29 hombres, con edades comprendidas entre los 18 y 45 años, lo que ha

permitido desglosar el estudio de consumidores de acuerdo a los siguientes

intervalos de edad: menores de 20 años, entre 20 y 30, y entre 30 y 45 años.

Worch y col. (2014) evaluaron 13 atributos en ocho tipos de cremas faciales, pero

sólo tuvieron en cuenta el testimonio de 72 mujeres. En este trabajo se ha querido


175

contemplar la opinión de ambos sexos por la distinta sensibilidad de la piel de

ambos sexos (Willis y col., 2001) y porque, en los últimos años, el mercado de la

cosmética ha experimentado un auge importante por la creciente demanda por

parte de los hombres (Armengold y Rubio, 2008; Lacerda y col., 2013).

Tal y como ya se expuso, se elaboraron 6 cosméticos (aceite corporal, bálsamo

de manos, champú, exfoliante, mascarilla de arcilla y tónico limpiador) a los que

se incorporaron extractos etanólicos obtenidos a partir de pino, bagazo de uva

tinta, Shiitake y flor de la mimosa, aparte de un control al que no le adicionó

ningún aromatizante.

Los resultados obtenidos se exponen a continuación, considerando la valoración

otorgada por el conjunto de los catadores y en función del sexo (Figura 4.33 y

4.34); finalmente se abordan cada una de las formulaciones cosméticas en

función de los distintos extractos y de los intervalos de edad (Figuras 4.35 a y b) y

la correlación estadística de las puntuaciones con los extractos (Figura 4.36).

Como se puede apreciar en la Figura 4.33a, el aceite corporal elaborado con el

extracto obtenido a partir de la flor de la mimosa, del hongo Shiitake o del bagazo

de uva obtuvieron las puntuaciones globales más elevadas, 6,93; 6,78 y 6,19,

respectivamente, siendo ligeramente mejor valoradas por las mujeres; por el

contrario, el extracto de pino fue el peor valorado por ambos sexos. En todas las

muestras los hombres siempre otorgaron, a los distintos cosméticos, menor

puntuación que las mujeres.

En el caso del bálsamo de manos, la preferencia por el olor de mimosa o de

Shiitake es mucho más evidente con respecto al resto de extractos aromatizantes

empleados (Figura 4.33b), ya que hay una diferencia en torno a un punto con

respecto al que alcanzó la tercera puntuación. En este cosmético también las

mujeres concedieron valoraciones más altas que los hombres, salvo al emplearse

el extracto de bagazo, preferido por el sexo masculino, o con el de pino, en el que

coincidieron. Este cosmético, con olor a mimosa o a seta, fue el que obtuvo la

puntuación más elevada de todas las muestras catadas, alcanzando una

calificación de 7,20 y 7,04, respectivamente.


176

En el caso del champú (Figura 4.33c), al contrario que en el resto de productos

cosméticos, fueron los hombres los que dieron las puntuaciones más elevadas,

excepto al emplear la seta como aromatizante, a pesar de lo cual fue el extracto

mejor valorado, con 6,80 puntos, seguido del control. En este caso, el extracto de

bagazo fue el peor valorado y, además, para el que hubo más discordancia en las

puntuaciones en función del sexo.

En el exfoliante corporal se registraron las mayores discrepancias entre los dos

sexos (Figura 4.33d), siendo muy bien valorados por las mujeres el empleo de la

mimosa y el extracto de pino, y por los hombres el exfoliante control, sin ningún

tipo de aromatizante.

Con la mascarilla de arcilla, las puntuaciones, según el sexo (Figura 4.33e),

fueron muy similares y, nuevamente, la adición de los extractos de mimosa y de

Shiitake, así como el de pino, fueron preferidos frente a la mascarilla sin ningún

tipo de aromatizante.

Finalmente, en el tónico limpiador (Figura 4.33f) se confirmó la preferencia por los

olores aportados por la mimosa y Shiitake, siendo, en este caso, más valorados

por el sexo masculino. De nuevo, el extracto peor valorado por ambos sexos, y

sobre todo por las mujeres, es el extracto de pino, alcanzando tan sólo una

puntuación media de 5,66.


177

En la Figura 4.34 se aprecian mejor las preferencias, por sexo, de los distintos

extractos vegetales adicionados como aromatizantes a las distintas formulaciones

cosméticas. Las mujeres siempre otorgaron la máxima puntuación a los

cosméticos a los que se les había incorporado el extracto de mimosa para

proporcionar matices florales, a excepción del tónico limpiador en el que dieron la

misma nota también al extracto de Shiitake, y al champú, donde fue mejor

puntuado esta última materia prima. En el caso de los hombres, la preferencia

a)

b)

c)

d)

e)

f)

Figura 4.33. Puntuaciones globales y desglosadas por sexo de los distintos extractos empleados en los productos cosméticos: a) Aceite corporal, b) Bálsamo de manos, c) Champú, d) Exfoliante, e) Mascarilla de arcilla, f) Tónico limpiador.


178

estuvo más diversificada, pues votaron por el extracto de mimosa en el aceite

corporal, mascarilla, tónico limpiador (este último empatado con Shiitake);

mientras que, en el champú y el exfoliante, se decantaron por la formulación en la

que no se había adicionado ningún tipo de extracto.

Las puntuaciones más bajas, según el sexo femenino, son para los extractos de

pino en el aceite, bálsamo y tónico, y el procedente del bagazo de uva en el

champú y la mascarilla; el exfoliante sin ningún tipo de aromatizante fue muy

penalizado. Los hombres también concedieron las mínimas puntuaciones a los

mismos extractos que las mujeres: el de pino en el bálsamo de manos y el tónico

limpiador, y el de bagazo de uva en el champú y la mascarilla. Para el aceite

corporal otorgaron la mínima puntuación al que sirvió de control, sin aromatizante;

en el caso del exfoliante penalizaron, por igual, los extractos obtenidos a partir del

pino (matices herbáceos) y del bagazo de uva (matices afrutados).

Cuando se considera el conjunto de catadores, sin distinción de sexo, como se

puede apreciar en la Tabla 4.24, los extractos obtenidos a partir de los

hidrolizados de pino y del bagazo de uva tinta obtuvieron las mejores

puntuaciones en el champú, al igual que el control, y las peores en el exfoliante.

Los extractos que se obtuvieron a partir de la flor de la mimosa y del hongo

Shiitake, por el contrario, alcanzaron la máxima valoración en el bálsamo de

manos, pero la peor, también, en el exfoliante corporal.

Cuando se valoran los datos obtenidos en función de los intervalos de edad

(Figuras 4.35 a y b), en general, los hombres con edades comprendidas entre los

20 y los 30 años concedieron puntuaciones más elevadas que los de los otros

intervalos de edad, sobre todo en el bálsamo de manos y en el champú; mientras

que los de mayor edad dieron calificaciones menores. Este último grupo valoró

positivamente, en todos los cosméticos, la adición de los extractos obtenidos a

partir de la flor de la mimosa o del Shiitake, mostrando así su preferencia por los

olores florales y especiados, respectivamente. Por el contrario, el grupo que va de

20 a 30 años otorgó, en general, más puntuación cuando se habían empleado los

extractos de pino o de bagazo, sobre todo en el champú y el tónico limpiador. Los

menores de 20 años puntuaron de forma similar casi todos los extractos


179

etanólicos, excepto en el bálsamo de manos, aceite corporal y tónico limpiador

(otorgando máxima puntuación al extracto de Shiitake y de mimosa).

Figura 4.34. Puntuaciones máximas y mínimas otorgadas, en función del extracto adicionado y de cada sexo, a los productos cosméticos: Aceite corporal (AC), Bálsamo de manos (BM), Champú (CH), Exfoliante corporal (EC), Mascarilla de arcilla (MA), Tónico limpiador (TL).


180

Tabla 4.24. Puntuaciones globales de las formulaciones cosméticas en función del extracto adicionado.

Aceite Bálsamo Champú Exfoliante Mascarilla Tónico

Control 6,06 6,02 6,70 5,13 5,58 6,15

Pino 5,73 5,53 6,51 5,39 5,73 5,66

Bagazo 6,19 5,70 6,28 5,28 5,44 5,96

Shiitake 6,78 7,04 6,80 5,40 6,00 6,31

Mimosa 6,93 7,20 6,57 5,89 6,25 6,43

En el caso de las mujeres, la máxima variabilidad de calificaciones se registró en

las menores de 20 años, diferenciando hasta en dos puntos los distintos extractos

empleados en la elaboración del champú y del exfoliante (Figuras 4.35 a y b). Al

igual que sucedió con los hombres, las mujeres con más de 30 años siempre

puntuaron mejor los cosméticos en los que se habían adicionado los extractos de

la mimosa o del Shiitake; valoración en la que también coincidieron las que tenían

entre 20 y 30 años.


181

Figura 4.35.a. Puntuaciones de los productos cosméticos en función del extracto adicionado y de los intervalos de edad.

De hecho cuando se relacionaron las puntuaciones otorgadas a los diferentes

extractos empleados en los productos cosméticos a través de sus distancias

euclídeas, se obtuvo el diagrama de árbol que se muestra en la Figura 4.36 y que


182

separó en dos grupos bien diferenciados la mimosa y el Shiitake, de los otros 2

extractos y del control.

Figura 4.35.b. Puntuaciones de los productos cosméticos en función del extracto adicionado y de los intervalos de edad.


183

Euclidean distances

Mimosa Shiitake Pino Bagazo Control0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

1,1

1,2

1,3

1,4

Lin

kag

e D

ista

nce

Figura 4.36. Diagrama de árbol de los extractos adicionados a los productos cosméticos en función de las puntuaciones globales.

4.4.5. Conclusiones

Los extractos alcohólicos obtenidos a partir de madera de pino, bagazo de uva,

seta Shiitake y flor de mimosa se pudieron incorporar sin problemas en diversos

productos cosméticos (aceite corporal, bálsamo de manos, champú, exfoliante,

mascarilla de arcilla y tónico limpiador), lo que permite revalorizar todas estas

materias y subproductos.

La valoración de los distintos atributos considerados para realizar el análisis

sensorial de los diferentes productos cosméticos mostró que los parámetros que

más peso tuvieron en la valoración por parte de los catadores fueron, a nivel de

apertura del tarro, el olor que tenía el cosmético (tanto de tipo, como de

intensidad), el color y la textura, ya que existía una gran correlación con las

puntuaciones que otorgaron.

Tras abrir el tarro y proceder a extender el cosmético sobre la palma de la mano,

aparte del olor que permanecía en la piel, también se valoraron positivamente la

sensación y suavidad que dejaban, además de su más fácil extensibilidad; por el

contrario, las retiradas del producto fueron atributos que apenas contribuyeron a

la valoración global pues no se encontraron diferencias al cambiar de cosmético.


184

El olor fue uno de los atributos más apreciados en todos los cosméticos, sobre

todo los matices florales y especiados, de ahí que los productos con extractos de

mimosa o de Shiitake fueran los más valorados, independientemente del sexo y

de la edad de los catadores. Además, el extracto etanólico de la flor de la mimosa

proporcionó una tonalidad amarillenta que fue muy apreciada por todos los

consumidores en cualquiera de las formulaciones cosméticas preparadas.

5. Conclusiones

Conclusiones

187

5. CONCLUSIONES

1. El empleo de carbón activo permite retener compuestos fenólicos con actividad

antioxidante, presentes en los escurridos obtenidos al prensar el bagazo destilado

y en los licores generados tras la autohidrólisis de este tipo de bagazo. El proceso

discontinuo sigue una cinética de pseudo segundo orden y el equilibrio responde

a los modelos de Langmuir y de Freundlich. Aunque es posible operar en continuo

para realizar varios ciclos de adsorción, no se pueden desorber los compuestos

adsorbidos.

2. Se pueden emplear resinas poliméricas de uso alimentario para adsorber los

compuestos fenólicos antioxidantes presentes en subproductos de destilería. La

cinética del proceso discontinuo corresponde a pseudo segundo orden. Operando

en condiciones óptimas, es posible obtener un producto de color claro con el 50 %

en peso de compuestos fenólicos, siendo mayoritario el ácido gálico y se

encontraron flavonoides, como catequina, epicatequina y quercetina, y fracciones

oligoméricas.

3. El empleo de resinas poliméricas no iónicas en un sistema dinámico de

adsorción en continuo permite retener compuestos antioxidantes de manera

efectiva y posibilita su escalado a nivel industrial. Se determina el tiempo de rotura

mediante modelos matemáticos de manera que se puede determinar el tiempo de

operación efectivo de cada sistema. El efecto de la longitud del lecho de resina

empleado supuso un mayor tiempo de operación sin cambios significativos en las

tasas de adsorción por lo que es viable un escalado del proceso. Se encontró al

flujo de operación como una variable determinante para establecer el tiempo de

rotura de cada sistema.

4. Se pueden emplear resinas polimericas en sistemas discontinuos para la

desorción de compuestos fenólicos con actividad antioxidante. El flujo del

disolvente de elución resultó estadísticamente la variable más influyente en la

desorción. Seleccionando los valores adecuados de las variables dependientes,


188

se puede obtener selectivamente, extractos con mayor rendimiento de desorción,

con mayor contenido en compuestos fenólicos o mayor actividad antioxidante.

5. Los extractos recuperados, tras la adsorción y la desorción en resinas

seleccionadas, se obtienen como un producto más puro y estable. Pueden

incorporarse en productos cosméticos formulados como emulsiones o en aceites

porque no son tóxicos para aplicaciones tópicas y protegen frente a la oxidación

más eficazmente que algunos antioxidantes o extractos naturales comerciales.

6. Los extractos alcohólicos de bagazo de destilería, al igual que otros de fuentes de

tipo residual (madera de pino, seta Shiitake y flor de mimosa) se pudieron

incorporar sin problemas en diversos productos cosméticos (aceite corporal,

bálsamo de manos, champú, exfoliante, mascarilla de arcilla y tónico limpiador).

La valoración de los consumidores estuvo influenciada por el olor que permanecía

en la piel, la sensación y facilidad para extenderlos. Comparativamente este

extracto obtuvo puntuaciones elevadas por el grupo de hombres de 20-30 años

cuando se incorporaba a champú, bálsamos de manos y aceites, y por el grupo

de mujeres menores de 20 años cuando se incorporaba en exfoliantes,

mascarillas y tónicos.

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Apéndice

Apéndice

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ABREVIATURAS

ABTS 2,2'-azinobis (3-etilbenzotiazolina-6-sulfonato)

CA carbón activado

CAG carbón activo granular

CAPe carbón activo peletizado

CAPu carbón activo pulverizado

DPPH α,α-difenil-β-picrilhidrazilo

EAEC extracto de autohidrólisis de erizo de castaña

EAG equivalentes de ácido gálico

EF extracto de flor de acacia

EMP extracto de madera de pino

ES extracto de shiitake

ET extracto de té

EV extracto de vid comercial

FRAP poder antioxidante de reducción del hierro

LABD licores de autohidrólisis de bagazo destilado

LPBD licores extraídos por presión de bagazo destilado

MLC material lignocelulósico

PA p-anisidina

PV valor de peróxidos

SBC subproducto de bodega concentrado

T tocoferol

TEAC capacidad antioxidante equivalentes en trolox

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