UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA CARRERA DE ... · 2017-08-31 ·...
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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA OBTENCIÓN DE POLICOSANOL A PARTIR DE LA CACHAZA DE CAÑA DE AZÚCAR TRABAJO DE TITULACIÓN, MODALIDAD PROYECTO DE INVESTIGACIÓN PARA LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO QUÍMICO AUTOR: ESTEBAN ANDRÉS LARA ANDRADE TUTOR: ULLRICH RAINER STAHL, PH.D. QUITO 2017
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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA
OBTENCIÓN DE POLICOSANOL A PARTIR DE LA CACHAZA DE
CAÑA DE AZÚCAR
TRABAJO DE TITULACIÓN, MODALIDAD PROYECTO DE INVESTIGACIÓN
PARA LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO QUÍMICO
AUTOR: ESTEBAN ANDRÉS LARA ANDRADE
TUTOR: ULLRICH RAINER STAHL, PH.D.
QUITO
2017
i
DERECHOS DE AUTOR
Yo, ESTEBAN ANDRÉS LARA ANDRADE en calidad de autor del Trabajo de Grado
realizado sobre “OBTENCIÓN POLICOSANOL A PARTIR DE LA CACHAZA DE
LA CAÑA DE AZÚCAR”, por la presente autorizo a la UNIVERSIDAD CENTRAL
DEL ECUADOR hacer uso de todos los contenidos que me pertenecen o de parte de los
que contiene esta obra, con fines estrictamente académicos o de investigación.
Los derechos que como autor me corresponden, con excepción de la presente
autorización, seguirán vigentes a mi favor, de conformidad con lo establecido en los
Artículos 5, 6, 8, 19 y demás pertinentes de la Ley de Propiedad Intelectual y su
Reglamento.
Quito, 05 de Junio de 2017
_________________________
Esteban Andrés Lara Andrade
C.I. 171426748-9
ii
APROBACIÓN DEL TUTOR
Yo, Ullrich Rainer Stahl, en calidad de tutor del trabajo de titulación, modalidad proyecto
de investigación, titulado OBTENCIÓN DE POLICOSANOL A PARTIR DE LA
CACHAZA DE LA CAÑA DE AZÚCAR, elaborado por el estudiante ESTEBAN
ANDRÉS LARA ANDRADE de la carrera de Ingeniería Química, Facultad de Ingeniería
Química de la Universidad Central del Ecuador, considero que el mismo reúne los
requisitos y méritos necesarios en el campo metodológico y en el campo epistemológico,
para ser sometido a la evaluación por parte del jurado examinador que se designe, por lo
que lo APRUEBO, a fin de que el trabajo sea habilitado para continuar el proceso de
titulación determinado por la Universidad Central del Ecuador.
En la ciudad de Quito, a los 5 días del mes de Junio de 2017.
_________________________
Dr. Ullrich Stahl., Ph. D.
PROFESOR TUTOR
iii
DEDICATORIA
A mis padres Jorge y Ángela.
A mis tíos Teresa y Alfredo.
A mis hermanos.
A mi esposa Lesly.
A mi hija Doménica.
iv
AGRADECIMIENTOS
A la Facultad de Ingeniería Química, por ayudarme a crecer como persona y profesional,
y por los conocimientos impartidos durante todos estos años de carrera universitaria.
A mis padres, Jorge y Ángela por su amor y apoyo incondicional, sin su ayuda la
culminación de este trabajo no hubiese sido posible.
A mis tíos, Alfredo y Teresa, que han sido como unos padres y me han apoyado en cada
etapa de mi vida.
A mis hermanos, Mauricio, Tatiana y Danilo, por estar a mi lado y apoyarme para poder
culminar esta etapa.
A Lesly por el amor y apoyo que me ha dado durante todos estos años.
Al Doctor Ullrich Stahl por el apoyo y aporte para la mejor realización de este trabajo.
Al Doctor Reynerio Álvarez, a la Dra. Elvia Cabrera y al Ing. Pablo Londoño, por su
apoyo y consejos brindados en la ejecución de este trabajo.
v
CONTENIDO
Pág.
LISTA DE TABLAS ....................................................................................................... ix
LISTA DE FIGURAS ..................................................................................................... xi
LISTA DE ANEXOS ..................................................................................................... xii
RESUMEN .................................................................................................................... xiii
ABSTRACT .................................................................................................................. xiv
INTRODUCCIÓN ............................................................................................................ 1
1. MARCO TEÓRICO .................................................................................................... 3
1.1. Cachaza de caña de azúcar ........................................................................................ 3
1.1.1. Composición de la cachaza..................................................................................... 3
1.2. Ceras .......................................................................................................................... 4
1.2.1. Cera de caña de azúcar ........................................................................................... 5
1.3. Policosanol ................................................................................................................ 6
1.3.1. Composición ........................................................................................................... 7
1.4. Índice de saponificación. ........................................................................................... 7
1.5. Saponificación ........................................................................................................... 8
1.6. Secado ........................................................................................................................ 8
vi
1.6.1. Estática del secado .................................................................................................. 9
1.6.2. Cinética de secado ................................................................................................ 10
1.7. Molienda .................................................................................................................. 10
1.8. Extracción sólido-líquido ........................................................................................ 11
1.8.1. Factores que afectan a la velocidad de extracción. .............................................. 11
1.9. Cromatografía de gases ........................................................................................... 12
2. METODOLOGÍA ...................................................................................................... 14
2.1. Materia Prima .......................................................................................................... 14
2.2. Materiales y equipos ................................................................................................ 14
2.3. Substancias y reactivos ............................................................................................ 15
2.4. Procedimiento para la obtención del policosanol .................................................... 15
2.4.1. Recolección de la materia prima ........................................................................... 15
2.4.2. Secado de la cachaza ............................................................................................ 16
2.4.3. Molienda de la cachaza seca ................................................................................. 16
2.4.4. Extracción de la cera presente en la cachaza ........................................................ 16
2.4.5. Obtención del policosanol ..................................................................................... 17
2.4.6. Extracción del Policosanol ................................................................................... 17
2.4.7. Cuantificación de Policosanol mediente GC-MS ................................................. 17
2.4.7.3. Método de cuantificación. ................................................................................. 18
2.5. Diagrama de bloques del procedimiento experimental seleccionado ...................... 19
2.6. Diseño experimental ................................................................................................ 19
2.6.1. Obtención de la cera de caña de azúcar. ............................................................... 19
2.6.2. Obtención de policosanol ..................................................................................... 21
3. DATOS EXPERIMENTALES................................................................................... 22
3.1. Secado de Cachaza .................................................................................................. 22
vii
3.2. Extracción de cera de caña de azúcar ...................................................................... 23
3.3. Obtención de policosanol ........................................................................................ 24
3.4. Datos de la recristalización de policosanol en metanol ........................................... 25
3.5. Datos de las áreas obtenidas por cromatografía de gases. ....................................... 25
3.5.1. Datos para la calibración externa.......................................................................... 25
3.5.2. Datos obtenidos de la muestra de policosanol ..................................................... 25
3.6. Datos Adicionales .................................................................................................... 26
4. CÁLCULOS .............................................................................................................. 27
4.1. Cálculo de la humedad ............................................................................................ 27
4.2. Cálculo de la cantidad de NaOH requerido para la saponificación ......................... 27
4.3. Cálculo de rendimiento de la cera ........................................................................... 28
4.4. Cálculo de rendimiento de policosanol después de la saponificación de la cera. ... 28
4.5. Cálculo de la recuperación de policosanol después de la recristalización. ............. 29
4.6. Cuantificación del policosanol ................................................................................ 29
4.7. Cálculo de la pureza de policosanol ........................................................................ 30
4.8. Análisis estadístico .................................................................................................. 31
4.8.1. Análisis estadístico para la obtención de la cera ................................................... 31
4.8.2. Análisis estadístico para la obtención de policosanol .......................................... 34
4.9. Regresión múltiple ................................................................................................... 37
5. RESULTADOS .......................................................................................................... 38
5.1. Resultados humedad de la cachaza. ......................................................................... 38
5.2. Resultado extracto etéreo de la cachaza. ................................................................. 38
5.3. Resultados de rendimiento de la cera de caña de azúcar. ........................................ 38
5.4. Resultados caracterización de la cera de caña de azúcar. ........................................ 40
5.5. Resultados de rendimiento de policosanol. ............................................................. 40
viii
5.6. Resultados recuperación de policosanol. ................................................................. 41
5.7. Resultados cuantificación de policosanol. ............................................................... 41
5.7.1. Curvas de calibración obtenidas. .......................................................................... 41
5.7.2. Resultados concentración de alcoholes en la muestra. ......................................... 42
5.8. Análisis estadístico .................................................................................................. 43
5.8.1. Análisis estadístico para la extracción de la cera de caña de azúcar. ................... 43
5.8.2. Optimización de la Respuesta .............................................................................. 45
5.8.3. Análisis estadístico para la obtención de policosanol .......................................... 46
5.8.4. Optimización de la Respuesta .............................................................................. 48
5.8.5. Regresión múltiple para la extracción de cera de caña de azúcar y obtención de
policosanol ...................................................................................................................... 48
6. DISCUSIÓN ............................................................................................................... 50
7. CONCLUSIONES ...................................................................................................... 52
8. RECOMENDACIONES ............................................................................................ 54
CITAS BIBLIOGRÁFICAS .......................................................................................... 55
BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................ 58
ANEXOS ........................................................................................................................ 61
ix
LISTA DE TABLAS
Pág.
Tabla 1. Propiedades y composición química de la cachaza ............................................ 4
Tabla 3. Composición cualitativa y cuantitativa del policosanol ..................................... 7
Tabla 4. Datos del secado de la cachaza ......................................................................... 22
Tabla 5. Datos experimentales de la obtención de cera con una relación 1:3
cachaza/heptano .............................................................................................................. 23
Tabla 6. Datos experimentales de la obtención de cera con una relación 1:4
cachaza/heptano .............................................................................................................. 23
Tabla 7. Datos experimentales de la obtención de cera con una relación 1:5
cachaza/heptano .............................................................................................................. 24
Tabla 8. Datos experimentales de la obtención de policosanol ...................................... 24
Tabla 9. Datos experimentales de la recristalización de policosanol ............................ 25
Tabla 10. Datos experimentales de las áreas obtenidas por cromatografía de gases del
estándar de policosanol. .................................................................................................. 25
Tabla 11. Datos experimentales de las áreas obtenidas por cromatografía de gases de la
muestra de policosanol. .................................................................................................. 26
Tabla 12. Composición de tabletas de Ateromixol® de 5mg y 10mg de la farmacéutica
Dalmer ............................................................................................................................ 26
Tabla 13. Codificación de los factores para el diseño estadístico de la obtención de la
cera.................................................................................................................................. 32
Tabla 14. Suma de cuadrados para rendimiento en la obtención de cera ....................... 33
Tabla 15. ANOVA para rendimiento en la obtención de cera........................................ 34
Tabla 16. Codificación de los factores para el diseño estadístico de la obtención del
policosanol ...................................................................................................................... 35
Tabla 17. Suma de cuadrados para rendimiento en la obtención de cera ....................... 36
Tabla 18. ANOVA para rendimiento en la obtención de cera........................................ 36
x
Tabla 19. Resultados humedad de la cachaza................................................................. 38
Tabla 20. Resultado extracto etéreo ............................................................................... 38
Tabla 21. Rendimiento promedio de la obtención de cera con una relación 1/3
cachaza/heptano .............................................................................................................. 39
Tabla 22. Rendimiento promedio de la obtención de cera con una relación 1/4
cachaza/heptano .............................................................................................................. 39
Tabla 23. Rendimiento promedio de la obtención de cera con una relación 1/5
cachaza/heptano .............................................................................................................. 40
Tabla 24. Resultados caracterización cera de caña de azúcar ........................................ 40
Tabla 25. Rendimiento de policosanol ........................................................................... 41
Tabla 26. Recuperación de policosanol .......................................................................... 41
Tabla 27. Resultado de la concentración de alcoholes obtenidos en la muestra. ........... 43
Tabla 28. ANOVA el rendimiento de la cera de caña de azúcar. ................................... 43
Tabla 29. Comparación del Valor de Probabilidad para ANOVA extracción de la cera
de caña de azúcar. ........................................................................................................... 44
Tabla 30. Optimización de la Respuesta ........................................................................ 46
Tabla 31. ANOVA para el rendimiento de policosanol. ................................................ 46
Tabla 32. Comparación del Valor de Probabilidad para ANOVA rendimiento de
policosanol. ..................................................................................................................... 46
Tabla 33. Optimización de la Respuesta ........................................................................ 48
Tabla 34. Coeficientes de regresión para el rendimiento de cera de caña de azúcar...... 48
Tabla 35. Coeficientes de regresión para rendimiento de policosanol ........................... 49
xi
LISTA DE FIGURAS
Pág.
Figura 1. Filtro rotatorio recubierto con cachaza ............................................................ 3
Figura 2. Estructura de una cera ...................................................................................... 5
Figura 3. Pastillas de Policosanol PPG-5 ........................................................................ 7
Figura 4. Saponificación de un éster. .............................................................................. 8
Figura 5. Esquema de extracción ................................................................................... 11
Figura 6. Esquema de un cromatógrafo de gases .......................................................... 13
Figura 7. Filtro rotatorio recubierto con cachaza .......................................................... 15
Figura 8. Rampas de temperatura para el horno del Cromatógrafo de Gases ............... 18
Figura 9. Diagrama de bloques de la obtención de policosanol ..................................... 19
Figura 10. Diseño experimental para la obtención de la cera, Réplica 1 ...................... 20
Figura 11. Diseño experimental para la obtención de policosanol ................................ 21
Figura 12. Curva de calibración para octacosanol ......................................................... 30
Figura 13. Curva de calibración para Hexacosanol ....................................................... 42
Figura 14. Curva de calibración para Triacontanol ....................................................... 42
Figura 15. Diagrama de Pareto estandarizada para el rendimiento de cera de caña de
azúcar .............................................................................................................................. 44
Figura 16. Gráfica de efectos principales para el rendimiento de cera de caña de azúcar
........................................................................................................................................ 45
Figura 17. Superficie de respuesta estimada ................................................................. 45
Figura 18. Diagrama de Pareto estandarizada para el rendimiento de policosanol ....... 47
Figura 19. Gráfica de efectos principales para el rendimiento de policosanol .............. 47
Figura 20. Superficie de respuesta estimada ................................................................. 48
xii
LISTA DE ANEXOS
Pág.
ANEXO A. Extracto etéreo de la cachaza de caña de azúcar ........................................ 62
ANEXO B. Propiedades de la cera de caña de azúcar ................................................... 63
ANEXO C. Procedimiento para la obtención de policosanol ........................................ 64
ANEXO D. Método para la cuantificación de policosanol ............................................ 67
ANEXO E. Cromatogramas obtenidos por GC-MS ....................................................... 72
ANEXO F. Identificación de octacosanol ...................................................................... 78
ANEXO G. Método NTE INEN-ISO 6321:2013 ........................................................... 79
xiii
OBTENCIÓN DE POLICOSANOL A PARTIR DE LA CACHAZA DE CAÑA
DE AZÚCAR
RESUMEN
Se obtuvo policosanol mediante saponificación de la cera extraída de la cachaza de la
caña de azúcar.
Para ello, la cachaza fue acondicionada mediante un proceso de secado a 70°C, seguido
de un proceso de molienda para obtener un tamaño de partícula inferior a 0,25 mm.
Posteriormente el proceso de extracción de la cera se realizó controlando las variables de
relación cachaza-heptano, tiempo y temperatura, determinando así, las mejores
condiciones de extracción que correspondieron a: 1/5, 90 min y 85 C, respectivamente.
Luego se realizó la reacción de saponificación en donde se determinaron las condiciones
para la reacción controlando las variables temperatura y tiempo, seguido de
recristalizaciones sucesivas en metanol para eliminar impurezas. La identificación y
cuantificación de los alcoholes presentes en el policosanol se realizó mediante
cromatografía de gases con un detector FID, empleando una columna Agilent HP-5MS
UI. a una presión de 13,332 psi, con un flujo de 1 ml/min, empleando rampas de
temperatura a partir de 150ºC hasta 310ºC.
Se concluye que las condiciones óptimas para obtención de policosanol por
saponificación de la cera de la caña de azúcar son: temperatura de reacción 85°C y tiempo
de reacción 3 horas.
PALABRAS CLAVE: / CACHAZA / CAÑA DE AZUCAR / CERA / POLICOSANOL
/ SAPONIFICACIÓN /
xiv
POLICOSANOL OBTAINMENT FROM SUGAR CANE FILTER CAKE MUD
ABSTRACT
This work is about obtaining policosanol using saponification methodology of extracted
wax from sugar cane filter cake mud.
The filter cake mud was conditioned by drying at 70°C and grinding it to obtain particles
below the size of 0,25 mm. Afterwards, the wax extraction process from the mud was
done by controlling different variables of relation of mud/heptane, time and temperature
to determine the best extraction conditions of the wax which corresponded to: 1/5, 90 min
and 85°C, respectively. Finally, the saponification reaction of the wax was performed in
which the optimal conditions for the reaction were determined by controlling time and
temperature. Successive recrystallizations in methanol were done to eliminate impurities.
The alcohols identification and quantification in the policosanol was done by gas
chromatography employing a FID detector, using the Agilent HP-5MS UI column at the
pressure of 13,332 psi with 1 ml/min flow and employing temperature ramps from 150°C
to 310°C.
It is concluded that the optimal conditions to obtain policosanol by saponification of
extracted wax from filter muds of sugar cane are: 85°C as reaction temperature and 3
hours as reaction time.
KEYWORDS: / FILTER CAKE MUD / SUGARCANE / WAX / POLICOSANOL /
SAPONIFICATION /
1
INTRODUCCIÓN
Según datos actuales del Instituto Nacional de Estadística y Censos (INEC), las
enfermedades cardiovasculares ocupan las primeras causas de muerte en el país,
produciendo más de 15.000 defunciones al año. Estas enfermedades van de la mano con
el aumento de colesterol en la sangre. Este aumento se trata con fármacos de origen
químico cuyo principio activo son las estatinas, las cuales si bien es cierto ayudan a
disminuir los niveles de colesterol, tienen efectos colaterales probados como daños
musculares, hepáticos y diabetes tipo II (Robert Rosenson, 2016). Se sugiere entonces
como alternativa el uso de fitofármacos para tratar dichas patologías, como el policosanol
del cual se han realizado estudios que demuestran que reduce el colesterol en la sangre y
no presenta ningún efecto secundario (Molina V, Carbajal D, Arruzazabala ML, Ravelo
Y, 2011).
El policosanol es una mezcla de alcoholes de alto peso molecular y se puede obtener a
partir de la cera de la caña de azúcar. Los estudios farmacológicos experimentales y
clínicos realizados en diversas partes del mundo, demuestran que el policosanol posee
efectos anticolesterolémicos, antilipidémicos, antitrombótico y antiplaquetario. Su
mecanismo de acción consiste en la inhibición de la síntesis de colesterol en el hígado
(Ioanna Gouni-Berthold, 2014).
Cuba y Japón son países productores de policosanol y lo comercializan a USD 1 000/kg
y USD 1 200/kg respectivamente. Las materias primas empleadas por las industrias de
estos países son la cachaza de la caña de azúcar y el arroz, los mismos son asequibles, de
bajo costo y no comprometen las necesidades alimentarias humanas.
En el Ecuador no existen antecedentes de producción de policosanol a partir de cachaza
azucarera, por lo que constituye una buena alternativa para el cambio de la matriz
productiva. Por lo tanto se tiene un campo abierto para la producción nacional del
policosanol. De ahí la importancia del presente estudio, para determinar las variables
relevantes en la obtención de este producto.
2
De acuerdo al Proyecto de Inversión y Distribución de Policosanol para el mercado de
Guayaquil (2010), el producto ya estuvo en el mercado farmacéutico entre los años 1992
a 1997, sin embargo este no tuvo mucha acogida. Debido al aumento en la tasa de
mortalidad por enfermedades cardiovasculares y a la alta demanda de fármacos para tratar
dichas enfermedades se reintrodujo el Policosanol PPG, como alternativa natural para
tratar estas enfermedades. Actualmente se encuentra vigente el registro sanitario del PPG
Policosanol en la presentación de comprimidos por 5mg de policosanol.
A nivel de laboratorio se establece el procedimiento para obtener el policosanol eligiendo
las mejores condiciones en lo que respecta a las variables relación cachaza/heptano,
temperatura y tiempo en la extracción de la cera; la temperatura y tiempo de reacción en
la obtención de los alcoholes del alto peso molecular a partir de la cera de la caña de
azúcar.
3
1. MARCO TEÓRICO
1.1. Cachaza de caña de azúcar
La cachaza es el residuo en forma de torta que se elimina en el proceso de clarificación
del jugo de caña.
La cachaza se recoge a la salida del filtro rotatorio en forma sólida, de color marrón
oscuro, tal como se aprecia en la figura 1. Este residuo se utiliza como fertilizante debido
a que posee un alto porcentaje de fósforo (fosfolípidos, nucleoproteínas), contribuye con
nitrógeno, calcio, magnesio, potasio y materia orgánica; además ayuda a mejorar las
propiedades físicas de los suelos pesados (Salazar, Sánchez, & Aucatoma, 2009).
Figura 1. Filtro rotatorio recubierto con cachaza
1.1.1. Composición de la cachaza. La cachaza se compone de una fracción orgánica y
otra mineral. La fracción orgánica está formada de tejido fibroso, sacarosa, coloides
coagulados, ceras albuminoides, aminoácidos y proteínas. La fracción mineral, en su
mayor parte está formada por fosfatos, sulfatos, silicatos, óxidos de Ca y Mg y por
algunos micronutrientes (Salazar et al., 2009).
En la Tabla 1 se describen de manera general los componentes de la cachaza, teniendo en
cuenta que los porcentajes de éstos varían de acuerdo al tipo de caña de azúcar, proceso
4
de clarificación del jugo de caña, zona agrícola y época de cosecha. Siendo esta última la
que más llama la atención, debido a que al aumentar la sequía, la caña produce una mayor
cantidad de cera, componente principal para la obtención de policosanol.
Tabla 1. Propiedades y composición química de la cachaza (Aguilar, 2010)
Propiedades de la cachaza
Humedad, % 70,72
Densidad, g/L 180
pH en agua 7,22
Composición de la cachaza
Agua, % 57
Cera cruda, aceites y resinas, % 7-14
Cenizas, % 7
Bagacillo y azúcares, % 15
Composición de ceras, resinas y aceites de la cachaza
Ácido capróico, % 0,5
Acido 3-nonanaico, % 2,2
Ácido undecilico, % 1,5
Ácido linolénico, % 27
Ácido mirístico, % 1,6
Ácido valérico, % 1,1
Ácido láurico, % 5
Ácido palmítico, % 18
Ácido esteárico, % 8,1
Ácido oléico, % 10,2
n-tetracosanol, % 1,7
n-heptacosanol, % 2,9
n-nonacosanol, % 2,9
n-triacontanol, % 13,3
n-hexacosanol, % 5,5
n-octacosanol, % 60
1.2. Ceras
Desde el punto de vista estructural, las ceras se definen como ésteres de ácidos
carboxílicos de cadena larga y alcoholes de cadena larga. Son simples, no polares y
saponificables. En la figura 2. se puede apreciar la estructura de una cera.
5
Figura 2. Estructura de una cera
Las ceras naturales difieren de la parafina en cuanto a que son ésteres de alto peso
molecular producidos directamente por organismos vivos, mientras que la parafina es una
mezcla de hidrocarburos de alto peso molecular separados durante el fraccionamiento del
petróleo (Philip S. Bailey Jr, 2002).
1.2.2. Cera de caña de azúcar. La cera de la caña de azúcar se encuentra en la superficie
de los tallos de la caña de azúcar, Saccharum officinarum L. y es utilizada para la
elaboración de tintas para papel, betunes, pulimentos, entre otros (Revelo, 2011).
Existen cuatro fuentes para extraer la cera de la caña de azúcar, entre las cuales tenemos:
extracción directamente del tallo de la caña, extracción desde jugo crudo de la caña,
extracción desde bagazo y extracción desde cachaza.
Extracción directa del tallo de la caña azúcar. El método húmedo fue propuesto por
Bunker, en el que los tallos de la caña de azúcar son impulsados a un tanque de agua
caliente cuyo flujo es opuesto al ingreso de éstos; cuando los tallos se encuentran
sumergidos en el agua, la cera se separa y ésta es recogida como una fina película sobre
la superficie del agua.
El método seco fue propuesto por Wynberg en 1911, que consistió en un procedimiento
mecánico de sacudir la caña, para luego recoger la cera removida (Ávila, B. y Hernández,
2012).
Extracción desde el jugo crudo de caña de azúcar. Cross en 1925, quien hizo
numerosos estudios concernientes a la recuperación de la cera de la caña de azúcar,
propuso que el jugo crudo antes de la clarificación debía ser centrifugado y entonces la
materia solida suspendida, incluida la cera, se depositaría en el receptáculo en lugar de
pasar al filtro prensa. La cera entonces podría ser extraída del depósito de la centrífuga
con alcohol desnaturalizado (Ávila, B. y Hernández, 2012).
6
Extracción desde el bagazo. El bagazo contiene aproximadamente 45% de agua, 50%
de fibra, 2 – 4 % de sacarosa y una pequeña cantidad de cera. Simmons propuso un
método, en el cual se realiza una digestión de bagazo con hidróxido de sodio, para luego
ser lavada, inmediatamente se repite la digestión y la lavada. La cera se extrae de la
solución (Revelo, 2011).
Extracción desde la cachaza. Para obtener la cera a partir de la cachaza, ésta se pone
en contacto con un solvente caliente derivado del petróleo. Luego la mezcla se filtra en
caliente, se deja enfriar y se separa la cera del solvente. Los solventes que se utilizan
son: nafta de petróleo, gasolina, hexano, n-heptano, tolueno, entre otros (Revelo, 2011).
1.3. Policosanol
Se le llama policosanol al conjunto de alcoholes de alto peso molecular. El componente
principal de esta mezcla de alcoholes es el octacosanol (28 átomos de carbono). Además,
en el policosanol se tiene una concentración mucho más baja de alcoholes grasos
como: alcohol behenílico, alcohol lignocerílico, alcohol cerílico, 1-
heptacosanolnonacosanol y 1-dotriacontanol.
El policosanol es utilizado en la industria farmacéutica debido a su acción
anticolesterolémica y ergogénica. Además se comercializa como suplemento alimenticio.
Está aprobado como un tratamiento para la hipercolesterolemia en casi dos docenas de
países, la mayoría de ellos en América Latina (Fernández, J., Más, R., Castaño, G., Illnait,
J., Fernández, L., Canetti, M., Morena, M., Tula, L., Ortensi, 2005).
Numerosos estudios han determinado que el policosanol puede reducir substancialmente
los niveles de colesterol, en el mismo grado que los medicamentos de origen químico
utilizados para este propósito. Además previene la agregación plaquetaria en casi la
misma proporción que lo hace la aspirina y puede ser útil para la claudicación
intermitente, y una enfermedad causada por el endurecimiento de las arterias. En la figura
3 se aprecia la imagen del policosanol en presentación de comprimidos por 5 mg.
7
Figura 3. Pastillas de Policosanol PPG-5
Fuente: LABORATORIOS DALMER S.A. Policosanol PPG-5 [en línea]. 2017 [Fecha
de consulta: 28 de junio de 2017]. Disponible en: <
http://dalmer.cnic.edu.cu/productos/naturales/Ateromixol>.
1.3.1. Composición. La proporción de los alcoholes presentes en el policosanol varía de
acuerdo a la cera utilizada, sin embargo el componente que predomina es el octacosanol.
En la Tabla 3 se presenta la composición cualitativa y cuantitativa del policosanol.
Tabla 2. Composición cualitativa y cuantitativa del policosanol (LAGUNA
Abilio, 1994)
Componente Proporción en la mezcla, %
1 – tetracosanol 0,5 – 5,0
1 – hexacosanol 5,0 – 15,0
1 – heptacosanol 0,5 – 5,0
1 – octacosanol 55,0 – 80,0
1 – nonacosanol 0,5 – 3,0
1 – triacontanol 6,0 – 20,0
1 – dotriacontanol 1,0 – 20,0
1 – tetratriacontanol 0,0 – 2,5
1.4. Índice de saponificación.
Está definido como el número de miligramos de hidróxido de potasio que se requiere para
saponificar 1 gramo de una grasa, aceite o cera. Para determinar dicho índice, se
saponifica una cantidad determinada de muestra con exceso de solución alcohólica de
hidróxido de potasio, y se titula el exceso con solución 0,5 N de ácido clorhídrico o
sulfúrico.
8
𝑖 =56.1 × (𝑉1 − 𝑉2)
𝑚 (1)
Dónde: i representa el índice de saponificación del producto en mg/g; N, la normalidad
de la solución de ácido clorhídrico o sulfúrico; V2, el volumen de solución de ácido
clorhídrico o sulfúrico empleado en la titulación de la muestra en cm3; V1, el volumen de
solución de ácido clorhídrico o sulfúrico empleado en la titulación del ensayo en blanco
en cm3 y m, la masa de la muestra analizada, en g.
1.5. Saponificación
Es la hidrólisis alcalina de los ésteres, la cual da por resultado la producción de un alcohol
y de las sales de los ácidos grasos constituyentes de la materia saponificable.
Para saponificar completamente la cera es necesario conocer el índice de saponificación.
En la Figura 4 se presenta la reacción de saponificación de un éster con hidróxido de
sodio, obteniendo de esta manera los alcoholes de alto peso molecular.
Figura 4. Saponificación de un éster.
Horn y Matric 1992, al saponificar la cera cuticular de la caña de azúcar encontraron que
el producto contenía una fracción de ácidos trieno-insaturados, una pequeña cantidad de
hidrocarburos y alcoholes alifáticos de alto peso molecular (el principal componente
identificado fue el n-octacosanol), así como también cetonas.
1.6. Secado
Es una operación unitaria que permite separar parcial o totalmente el líquido presente en
los sólidos. El líquido es arrastrado por una corriente de aire. El secado se emplea con
distintos fines, según el objetivo que se pretende en la etapa del proceso. Pudiendo ser
estos fines: Facilitar el manejo posterior del sólido; permitir el empleo satisfactorio del
9
sólido; reducir el costo de transporte, debido a que al realizar el secado se elimina la masa
correspondiente al agua y solo queda la del sólido; incrementar la capacidad de los
equipos y preservar el sólido durante su almacenamiento.
1.6.1. Estática del secado
1.6.1.1. Humedad. Dado que la cantidad de sólido seco no se altera en el proceso, la
concentración más útil para los cálculos es la referida al peso de sólido seco: llamaremos
humedad X al peso de agua que acompaña a la unidad de peso de sólido seco (Vian &
Ocón, 1976).
𝑋 =𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎
𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜 (2)
1.6.1.2. Humedad de equilibrio (X*). Cuando un sólido húmedo se pone en contacto,
con aire a temperatura y humedad determinadas y constantes, se alcanzaran las
condiciones de equilibrio entre el aire y el sólido húmedo. Se logran las condiciones de
equilibrio cuando la presión parcial del agua que acompaña al sólido húmedo es igual a
la presión de vapor del agua en el aire.
1.6.1.3. Humedad libre: Es la diferencia entre la humedad del sólido y la humedad de
equilibrio con el aire en las condiciones dadas: F=X - X*. Es la humedad que puede perder
el sólido después de un tiempo de contacto con el aire en las condiciones dadas y
constantes.
1.6.1.4. Humedad ligada o agua ligada: Es el valor de la humedad de equilibrio del
sólido en contacto con aire saturado; o bien la humedad mínima del sólido necesaria para
que este deje de comportarse como higroscópico.
1.6.1.5. Humedad desligada o agua desligada: Es la diferencia entre la humedad del
sólido y la humedad ligada; o bien la humedad libre del sólido en contacto con aire
saturado. Si el sólido tiene humedad desligada se comportará como húmedo.
1.6.1.6. Humedad crítica: La humedad crítica de un sólido es el punto que separa los
dos períodos de secado antecrítico y poscrítico.
10
1.6.2. Cinética de secado. La velocidad de secado es la pérdida de humedad del sólido
húmedo por unidad de tiempo, operando en condiciones constantes de secado
(temperatura, presión, humedad y velocidad constante en el tiempo). Analíticamente, la
velocidad de secado se refiere por unidad de área de superficie de secado, de acuerdo con
la ecuación:
Dónde:
S = peso del sólido seco;
A =área de la superficie expuesta;
W =velocidad de secado;
−𝑑𝑋
𝑑𝜃= diferencia de humedad respecto del tiempo.
En la Figura 3. se puede apreciar la curva de secado.
Figura 3. Curva de secado
1.7. Molienda
Las materias primas y los productos de las industrias química y minera requieren por lo
general una adecuada preparación en la que suele intervenir el acondicionamiento del
tamaño de sus partículas obtenido por desintegración de formas mayores. La molienda
tiene como objetivo la reducción de tamaños porque a menor tamaño mayor desarrollo
superficial del producto.
Las razones para esta reducción son por ejemplo:
(3)
11
Facilitar la extracción de un constituyente deseado, contenido en una
estructura compuesta, como sucede, por ejemplo, en la obtención de harina a
partir de granos de trigo o jarabe a partir de la caña de azúcar.
Mejorar el proceso de mezcla, con las partículas de tamaño más pequeño, lo
que constituye una consideración importante en la producción de
formulaciones, sopas empaquetadas, mezclas dulces, entre otros.
1.8. Extracción sólido-líquido
Es una operación unitaria que consiste en la separación de un componente o grupo de
componentes de un sólido al ponerse en contacto con un solvente apropiado, en el que es
insoluble el resto del sólido (inerte). El mecanismo de la Extracción sólido-líquido
depende de la diferencia de solubilidades. Durante la extracción, la concentración de
soluto en el solvente aumenta y la velocidad de extracción disminuye progresivamente,
esto se debe a la disminución del gradiente de concentración y al aumento de la viscosidad
del extracto. En la Figura 5 se puede observar el esquema de antes y después de la
extracción sólido-líquido.
Figura 5. Esquema de extracción (Dónde: 1 disolvente, 2 material de extracción, 3
soluto, 4 inerte, 5 disolvente con soluto)
1.8.1. Factores que afectan a la velocidad de extracción. En toda extracción, los
factores responsables de la velocidad de transferencia de masa son:
1.8.1.1. Solvente. Debe ser selectivo, de baja viscosidad para que pueda circular
libremente. El tipo de compuestos a extraer dependerá fundamentalmente de la polaridad
del disolvente elegido y de la solubilidad entre el compuesto a extraerse y el solvente.
Polaridad y solubilidad: “Lo semejante disuelve lo semejante”, la polaridad de las
moléculas del disolvente de extracción deben ser similares a las del compuesto a
12
extraerse. De otra manera, para que dos sustancias sean solubles entre sí, las fuerzas
intermoleculares de sus moléculas deben ser similares. La constante dieléctrica (δ), indica
la capacidad de asociación entre las moléculas de un solvente y las sustancias extraíbles
así como el índice de polaridad, al incrementarse la polaridad del disolvente se tiene un
incremento similar en la constante dieléctrica.
1.8.1.2. Tamaño de partícula. El material con un tamaño de partícula pequeño
proporciona un área interfacial más grande favoreciendo el contacto entre el sólido y el
líquido, y permite que la distancia que el soluto recorra mediante difusión sea menor. Sin
embargo de debe tener en cuenta que un tamaño de partícula muy pequeño puede
presentar problemas durante la filtración.
1.8.1.3. Temperatura. En la mayoría de los casos la solubilidad del material que está
siendo extraído, se incrementa con la temperatura aumentando la velocidad de reacción.
1.8.1.4. Agitación del sistema.
Se requiere una elevada agitación del fluido cuando la difusión del soluto es baja. De esta
manera se incrementa la transferencia de masa desde la superficie de las partículas al seno
del líquido o solución por disminución de la película de difusión.
1.9. Cromatografía de gases
La cromatografía de gases es una técnica analítica que permite separar mezclas de
compuestos fácilmente volatilizables y térmicamente estables en sus componentes
individuales. En todas las separaciones cromatográficas, la muestra se desplaza con una
fase móvil, a través de una fase estacionaria con la que es inmiscible fijada a una columna
o a una superficie sólida. Las dos fases se eligen de tal forma que los componentes de la
muestra se distribuyan de modo distinto entre ambas. Aquellos componentes fuertemente
retenidos por la fase estacionaria se mueven lentamente con el flujo de la fase móvil; por
el contrario, los componentes que se unen débilmente se mueven con rapidez. Como
consecuencia de la distinta movilidad, los componentes de la muestra se separan en
bandas que pueden identificarse cualitativa y/o determinarse cuantitativamente. La
13
clasificación más frecuente en cromatografía, la marca el tipo de fase móvil, en este
sentido la cromatografía de gases emplea como fase móvil un gas.
En la Figura 6 se puede apreciar un esquema de funcionamiento del equipo de
cromatografía de gases.
Figura 6. Esquema de un cromatógrafo de gases
14
2. METODOLOGÍA
2.1. Materia Prima
Cachaza de caña de azúcar
2.2. Materiales y equipos
Vasos de precipitación V = 100 mL Ap ± 10 mL
V = 250 mL Ap ± 50 mL
V = 600 mL Ap ± 50 mL
Pipetas V = 25 mL Ap ± 0,1 mL
Probetas V = 50 mL Ap ± 1 mL
V = 100 mL Ap ± 1 mL
Balón de fondo plano 24/40 V = 500 mL
Balón de fondo plano 29/32 V = 500 mL
Condensador Allihn 24/40
Condensador Liebig 29/32
Refrigerante recto
Matraz Kitasato V = 1000 mL
Termómetro Rango = 0 – 100 °C Ap ± 1 °C
Balanza Rango = 0 – 1000 g Ap ± 0,01g
Balanza analítica Rango = 0 – 320 g Ap ± 0,0001g
Cromatógrafo de gases Agilent
Technologies
Modelo 7820A
Molino ultra centrífugo Retsch Modelo ZM 200
ω = 0 - 6000 rpm
Rango = (0,25 – 2) mm
Embudo Büchner ø = 15 cm
Reverbero Modelo Elite 120V 60Hz
Potencia = 750 W
Estufa Memmert Rango = (0 – 220) °C
15
Agitador magnético
Velp Scientifica
Rango = 0 – 370 °C
Rango = 0 – 1500 rpm
Potencia 630 W
2.3. Substancias y reactivos
n – Heptano C7H16(l)
Cloroformo CCl3(l)
Metanol CH3OH(l)
Hidróxido de sodio NaOH(s)
Etanol 96 % v/v C2H6O(l)
Agua destilada H2O(l)
2.4. Procedimiento para la obtención del policosanol
2.4.1. Recolección de la materia prima
a) Recoger la cachaza a la salida del filtro rotatorio en el Ingenio Azucarero del Norte,
Ubicado al norte de la ciudad de Ibarra. En la Figura 7 se muestra el filtro rotatorio
recubierto con la cachaza de la caña de azúcar.
Figura 7. Filtro rotatorio recubierto con cachaza
2.4.1.1. Determinación del extracto etéreo.
El método se basa en someter la muestra seca a una extracción continua utilizando
éter etílico.
16
2.4.2. Secado de la cachaza
a) Colocar 500 g de cachaza en una bandeja de aluminio, ocupando la mayor área
posible de la bandeja.
b) Prender la estufa y programar la temperatura a 70 °C, siempre por debajo de la
temperatura de fusión de la cera (75°C)
c) Colocar la bandeja en el interior de la estufa.
d) Pesar la bandeja y medir la temperatura cada 30 minutos.
e) Finalizar las mediciones cuando el peso se vuelva constante.
f) Reportar los datos.
2.4.3. Molienda de la cachaza seca
a) Colocar la cachaza seca en el Molino ultracentrífugo ZM 200 en cuyo interior se
coloca un tamiz de tamaño de partícula 0,25 mm.
b) La materia prima molida se almacena en fundas plásticas
2.4.4. Extracción de la cera presente en la cachaza
a) Pesar 40g de cachaza previamente molida.
b) Colocar los 40g de cachaza seca con n-heptano en un balón de 500ml
considerando las relaciones cachaza/solvente (1:3, 1:4, 1:5).
c) Armar el equipo de extracción con agitación y reflujo.
d) Fijar en el panel de control del agitador magnético la temperatura en 65 ºC, 75 ºC
y 85 ºC y la velocidad de agitación.
e) Realizar las extracciones por un tiempo de 30 min, 60 min y 90 min, verificar
durante el proceso la temperatura de extracción y la velocidad de agitación.
f) Realizar una filtración en caliente.
g) Evaporar el solvente.
h) Caracterizar la cera de caña de azúcar obtenida.
2.4.4.1. Determinación del punto de fusión.
El método se basa en medir la temperatura a la cual la cera cambia de estado
sólido a líquido. (Realizado en Facultad de Ciencias Químicas, MÉTODO NTE
INEN-ISO 6321:2013)(ver anexo G)
17
2.4.4.2. Determinación del índice de saponificación.
El método consiste en saponificar una cantidad determinada de muestra con un
exceso de solución etanólica de hidróxido de potasio, y titular el exceso con
solución 0,5N de ácido clorhídrico o sulfúrico. (Realizado en Facultad de
Ciencias Químicas, MÉTODO MAL-31/NTE INEN 40).
2.4.5. Obtención del policosanol
a) Pesar 10g de cera de caña de azúcar.
b) Preparar 300ml de una solución de hidróxido de sodio al 1.2% (p/v).
c) Colocar la cera en un vaso de precipitación junto con la solución preparada.
d) Fijar en el panel de control del agitador magnético la temperatura y la velocidad
de agitación.
e) Mantener la reacción por un tiempo entre 1 y 3 horas.
f) Evaporar completamente, eliminando así el agua presente en el vaso de
precipitación.
g) Recoger el sólido obtenido.
2.4.6. Extracción del Policosanol
a) Colocar el sólido obtenido anteriormente triturarlo y colocar dentro de un dedal
de extracción.
b) Colocar 300ml de cloroformo en el balón de evaporación.
c) Armar el equipo soxhlet.
d) Realizar la extracción por un tiempo de 6 horas.
e) Destilar la solución obtenida en el balón.
f) Realizar recristalizaciones en metanol por tres ocasiones.
g) Pesar los cristales obtenidos.
2.4.7. Cuantificación de Policosanol mediente GC-MS
2.4.7.1. Preparación del estándar
a) Triturar 5 pastillas de policosanol de 20mg (policosanol) finamente, colocar en un
matraz y aforar hasta 100ml.
b) Colocar el matraz en el baño de ultrasonido a 55 ºC por 20 minutos.
c) Filtrar la solución.
18
2.4.7.2. Preparación de la muestra
a) Pesar 70mg de cristales de policosanol obtenido.
b) Triturar los cristales finamente, colocar en un matraz y aforar hasta 100ml con
cloroformo.
c) Colocar el matraz en el baño de ultrasonido a 55 ºC por 20 minutos.
2.4.7.3. Método de cuantificación. La temperatura del horno de la columna se
programó como se visualiza en el Grafico 1, a partir de 150ºC (se mantuvo durante 1 min)
a 200ºC (se mantuvo durante 3 min) con una rampa de 20ºC / min, luego de 200ºC a
250ºC (se mantuvo durante 3 min) con una rampa de 8ºC / min, luego de 250ºC a 300ºC
(se mantuvo durante 2 min) con una rampa de 8ºC / min y finalmente luego de 300ºC a
310ºC (se mantuvo durante 3 min) con una rampa de 10ºC / min. El gas portador fue helio
con un caudal de 1 ml / min. El volumen de inyección fue de 1 μl en el modo sin división.
La fuente de iones fue operada a 200 ˚C con voltaje de ionización de 70 eV. Se realizó un
modo de exploración de masas de 18 a 600 m/z. En la figura 8 se representa las rampas
de temperatura y el tiempo para el método empleado en la cuantificación del policosanol.
Figura 8. Rampas de temperatura para el horno del Cromatógrafo de
Gases
150
170
190
210
230
250
270
290
310
330
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
Tem
per
atu
ra, °
C
Tiempo, min
Rampas de temperatura del horno en el Cromatógrafo de Gases
19
En la Figura 9 se presenta el diagrama de flujo del proceso de obtención de policosanol
a partir de la cachaza de la caña de azúcar.
2.5. Diagrama de bloques del procedimiento experimental seleccionado
RECOLECCIÓN DE CACHAZA
MOLIENDA
T=65ºCt=10,5h
H2O(v) n-Heptano
SECADOEXTRACCIÓN
S/L
SAPONIFICACIÓN
CERA+
Heptano
NaOH(ac)
EXTRACCIÓN S/L
Jabon + Policosanol
Cloroformo
FILTRACIÓNEVAPORACIÓN
CACHAZAAGOTADA
T=75ºC
CERA
n-Heptano
DESTILACIÓN RECRISTALIZACIÓN Cloroformo + Policosanol
JABÓN
Cloroformo
Policosanol
T=60ºCT=55ºC
POLICOSANOL
V=300RPM
T=85ºCT=55ºCt=6h
Metanol
FILTRACIÓN
Metanol
V=400RPM
Figura 9. Diagrama de bloques de la obtención de policosanol
2.6. Diseño experimental
2.6.1. Obtención de la cera de caña de azúcar. Para el diseño experimental se
establecieron tres variables independientes (tiempo, temperatura y relación
cachaza/solvente) y una variable dependiente (cantidad de cera). Por lo cual, se escoge
un diseño factorial 3k=33 obteniéndose veintisiete tratamientos diferentes, para lo cual se
ha considerado la realización de dos réplicas, obteniendo un total de 54 tratamientos para
la obtención de cera de caña de azúcar.
2.6.1.1. Diseño experimental para la obtención de la cera. En la figura 10 se puede
apreciar el diseño experimental para la obtención de la cera a partir de la cachaza de la
caña de azúcar.
20
Dónde: R1=Replica 1, R/S=Relación cachaza solvente, Tn=Temperatura, tn=Tiempo
Figura 10. Diseño experimental para la obtención de la cera, Réplica 1
t1
T1 t2
t3
t1
(R/S)1 T2 t2
t3
t1
T3 t2
t3
t1
T1 t2
t3
t1
R1 (R/S)2 T2 t2
t3
t1
T3 t2
t3
t1
T1 t2
t3
t1
(R/S)3 T2 t2
t3
t1
T3 t2
t3
21
2.6.2. Obtención de policosanol. Para el diseño experimental se determinaron dos
variables independientes (tiempo y temperatura de reacción) y una variable dependiente
(cantidad de policosanol). Por lo cual, se escoge un diseño factorial 2k=22 obteniéndose
cuatro tratamientos diferentes, para lo cual se ha considerado la realización de dos
réplicas, obteniendo un total de 8 tratamientos para la obtención de policosanol a partir
de la cera de caña de azúcar.
2.6.2.1. Diseño experimental para la obtención de policosanol. En la figura 11 se
puede apreciar el diseño experimental para la obtención de policosanol a partir de la cera
de la caña de azúcar.
Dónde: Trn=Temperatura de reacción, trn=Tiempo de reacción, Rpn=Réplica
Figura 11. Diseño experimental para la obtención de policosanol
Rp1
tr1
Rp2
Tr1
Rp1
tr2
Rp2
Saponifiación
Rp1
tr1
Rp2
Tr2
Rp1
t2
Rp2
22
3. DATOS EXPERIMENTALES
3.1. Secado de Cachaza
En la Tabla 4 se presentan los datos obtenidos del proceso de secado de la cachaza
siguiendo el procedimiento descrito en el literal 2.4.2.
Tabla 3. Datos del secado de la cachaza
t, h
Muestra
cachaza 1, g
Muestra
cachaza 2, g
0,0 400,00 400,00
0,5 389,78 388,85
1,0 376,57 376,11
1,5 358,81 361,05
2,0 348,52 350,09
2,5 333,39 335,54
3,0 321,88 325,79
3,5 311,41 313,45
4,0 300,08 299,32
4,5 290,14 292,61
5,0 283,25 281,78
5,5 274,03 272,83
6,0 265,36 264,41
6,5 259,61 258|,27
7,0 253,52 252,14
7,5 248,98 247,88
8,0 240,21 241,49
8,5 236,14 235,67
9,0 234,18 233,96
9,5 233,18 232,23
10,0 232,87 229,49
10,5 232,12 229,13
11 232,10 229,11
11,5 232,08 229,06
12 232,07 229,05
12,5 232,07 229,05
23
3.2. Extracción de cera de caña de azúcar
En cada experimentación se trabajó con 40 g de cachaza y una velocidad de v=300 rpm.
En la tabla 5 se presentan los datos obtenidos en el proceso de extracción de la cera a
partir de la cachaza de la caña de azúcar con una relación cachaza/heptano de 1:3
siguiendo el procedimiento descrito en el literal 2.4.4.
Tabla 4. Datos experimentales de la obtención de cera con una relación 1:3
cachaza/heptano
T, °C 65 75 85
Réplica t, min Cc, g Cc,g Cc, g
30 1,13 1,19 1,25
R1 60 1,24 1,32 1,60
90 1,30 1,40 1,70
30 1,17 1,21 1,23
R2 60 1,27 1,30 1,40
90 1,32 1,40 1,68
En la tabla 6 se presentan los datos obtenidos en el proceso de extracción de la cera a
partir de la cachaza de la caña de azúcar con una relación cachaza/heptano de 1:4
siguiendo el procedimiento descrito en el literal 2.4.4.
Tabla 5. Datos experimentales de la obtención de cera con una relación 1:4
cachaza/heptano
T, °C 65 75 85
Réplica t, min Cc, g Cc,g Cc, g
30 1,77 1,69 2,18
R1 60 1,80 1,92 2,29
90 1,85 2,21 2,43
30 1,80 1,87 2,31
R2 60 1,83 1,87 2,30
90 1,89 1,99 2,50
24
En la Tabla 7 se presentan los datos obtenidos en el proceso de extracción de la cera a
partir de la cachaza de la caña de azúcar con una relación cachaza/heptano de 1:5
siguiendo el procedimiento descrito en el literal 2.4.4.
Tabla 6. Datos experimentales de la obtención de cera con una relación
1:5 cachaza/heptano
T, °C 65 75 85
Réplica t, min Cc, g Cc,g Cc, g
30 1,98 2,13 2,48
R1 60 2,13 2,39 2,65
90 2,25 2,49 2,72
30 2,01 2,09 2,41
R2 60 2,18 2,34 2,68
90 2,29 2,51 2,81
3.3. Obtención de policosanol
En cada experimentación se trabajó con 10 g de cera y una velocidad de v=400 rpm.
En la Tabla 8. se puede apreciar los datos obtenidos en el proceso de saponificación de la
cera de la caña de azúcar y extracción del policosanol siguiendo los procedimientos
descritos en los literales 2.4.5 y 2.4.6.
Tabla 7. Datos experimentales de la obtención de policosanol
Réplica
T, °C 70 90
t, h Policosanol,
g
Policosanol,
g
R1
1 2,04 2,51
3 2,55 2,98
R2
1 1,99 2,63
3 2,43 3,01
25
3.4. Datos de la recristalización de policosanol en metanol
En la tabla 9 se puede apreciar los datos obtenidos tras la recristalización del
policosanol en metanol.
Tabla 8. Datos experimentales de la recristalización de policosanol
Muestra mi, g mf, g
P1 3,01 1,97
P2 2,98 1,79
P3 2,89 1,92
P4 3,06 1,86
3.5. Datos de las áreas obtenidas por cromatografía de gases.
3.5.1. Datos para la calibración externa. En la tabla 10 se presentan los datos
experimentales del área obtenida por cromatografía de gases del estándar de policosanol.
Tabla 9. Datos experimentales de las áreas obtenidas por cromatografía de gases
del estándar de policosanol.
Concentración, %p/v
0,005 0,01 0,02 0,03 0,1
Alcohol Área, u2
Hexacosanol 1.776.006 2.163.696 5.078.313 11.383.130 35.948.033
Octacosanol 16.981.412 25.723.274 79.390.926 186.952.804 949.820.229
Triacontanol 2.278.487 2.147.810 3.709.025 10.518.314 63.658.051
3.5.2. Datos obtenidos de la muestra de policosanol. En la tabla 11 se puede apreciar
los datos experimentales del área obtenida por cromatografía de gases de la muestra de
policosanol.
26
Tabla 10. Datos experimentales de las áreas obtenidas por cromatografía de gases
de la muestra de policosanol.
Alcohol Área, u2
Hexacosanol 25.562.226
Octacosanol 669.044.331
Triacontanol 38.949.767
3.6. Datos Adicionales
En la tabla 12 se puede apreciar la composición de las pastillas de policosanol en
presentaciones de 5mg y 10mg por comprimido.
Tabla 11. Composición de tabletas de Ateromixol® de 5mg y 10mg de la
farmacéutica Dalmer (GONZALES V., MARRERO D., SIERRA R.)
27
4. CÁLCULOS
4.1. Cálculo de la humedad
La ecuación (2) se emplea para el cálculo de la humedad de la cachaza.
% 𝐻𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 =𝑚𝑖−𝑚𝑓
𝑚𝑖× 100 (2)
Donde:
mi: masa inicial de cachaza
mf: masa final de cachaza
Cálculo Modelo:
% 𝐻𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 =400 − 232,07
232,07× 100
% 𝐻𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 = 72,36
4.2. Cálculo de la cantidad de NaOH requerido para la saponificación
La ecuación (3) es empleada para calcular la cantidad de hidróxido de potasio necesaria
para saponificar los 10 gramos de cera. La ecuación (4) se utiliza para calcular los gramos
de hidróxido de sodio requeridos para la saponificación de la cera en función del resultado
obtenido en la ecuación (3).
𝑚𝑐𝑒𝑟𝑎 = 10𝑔
𝑚𝐾𝑂𝐻 = 𝐼�̅� ∗ 𝑚𝑐𝑒𝑟𝑎 (3)
𝑚𝑁𝑎𝑂𝐻𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑜 = (40
56,1) ∗ 𝑚𝐾𝑂𝐻 (4)
Donde
mKOH : masa de KOH requerido para saponificar la cera, (mg)
mNaOH : masa de NaOH requerido para saponificar la cera, (mg)
28
IS : índice de saponificación, (mgKOH/g)
mcera : masa de cera a saponificar, (g)
𝑚𝑁𝑎𝑂𝐻 = 905.73 𝑚𝑔
4.3. Cálculo de rendimiento de la cera
La ecuación (5) se emplea para calcular el rendimiento de la cera obtenida de la cachaza
de la caña de azúcar.
%𝑅 =𝑀𝑃
𝑀𝑚∗ 100 (5)
Donde:
%R: Rendimiento de la cera.
Mp: Masa de cera obtenida.
Mm: Masa de materia utilizada.
Cálculo modelo para:
R/S: 1:3
T: 65°C
t: 30 min
%𝑅 =1,13𝑔
40𝑔∗ 100
%𝑅 = 2,825
4.4. Cálculo de rendimiento de policosanol después de la saponificación de la cera.
La ecuación (6) se emplea para calcular el rendimiento de policosanol obtenido tras la
saponificación de la cera y posterior extracción.
%𝑅𝑝 =𝑀𝑃
𝑐∗ 100 (6)
Donde:
%Rp: Rendimiento de policosanol.
Mp: Masa de policosanol obtenido.
Mc: Masa de cera saponificada.
29
Cálculo modelo para:
Masa de policosanol obtenido: 2,04 g y masa de cera saponificada 10 g.
%𝑅 =2,04𝑔
10𝑔∗ 100
%𝑅 = 20,4
4.5. Cálculo de la recuperación de policosanol después de la recristalización.
La ecuación (7) se emplea para determinar el porcentaje de recuperación de policosanol
después de las recristalizaciones.
%𝑅𝑒𝑐𝑢𝑝𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 =𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙
𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 ∗ 100 (7)
Cálculo Modelo:
%𝑅𝑒𝑐𝑢𝑝𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 =1,97
3,01 ∗ 100
%𝑅𝑒𝑐𝑢𝑝𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 = 65,44
4.6. Cuantificación del policosanol
Se realizó mediante el método del patrón externo con cinco puntos.
Cálculo Modelo:
La Figura 12 representa la curva de calibración para cuantificación de Octacosanol y la
ecuación de ajuste con regresión lineal cuyo coeficiente correlación es 0,9641.
30
Figura 12. Curva de calibración para octacosanol
Para calcular la concentración del octacosanol de la muestra, en la ecuación de la recta de
calibrado se sustituye “y” por el área obtenida en el cromatograma de la muestra
(669.044.331) y se despeja “x” que es la concentración del octacosanol en la muestra:
𝑦 = 9 × 109𝑥 (8)
𝑥 =𝑦
9×109 (9)
𝑥 =669.044.331
9 × 109
𝑥 = 0,0740
Ahora para determinar la concentración real del octacosanol se multiplica el valor de
“x” antes obtenido por la fracción másica obtenida de la Tabla 12.
𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑟𝑒𝑎𝑙 = 0,0740 ∗ 0,682
𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑟𝑒𝑎𝑙 = 0,050
4.7. Cálculo de la pureza de policosanol
La ecuación (10) se emplea para calcular la pureza del policosanol.
% 𝑃𝑢𝑟𝑒𝑧𝑎 =𝑉. 𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙
𝑉.𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜 × 100 (10)
y = 9E+09xR² = 0,9641
0,00E+00
1,00E+08
2,00E+08
3,00E+08
4,00E+08
5,00E+08
6,00E+08
7,00E+08
8,00E+08
9,00E+08
1,00E+09
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12
Áre
a, u
2
Concentracion(%p/v)
Curva de calibración para Octacosanol
31
% 𝑃𝑢𝑟𝑒𝑧𝑎 =0,0627
0,07 × 100
% 𝑃𝑢𝑟𝑒𝑧𝑎 =89,57
4.8. Análisis estadístico
4.8.1. Análisis estadístico para la obtención de la cera. Para el análisis estadístico se
utilizó el programa STATGRAPHICS, a través del cual se probó si las variables
independientes temperatura, tiempo y relación cachaza/solvente, tienen influencia en la
cantidad de cera de caña de azúcar obtenida (Lara, 2002).
El modelo estadístico para este diseño es:
𝑦𝑖𝑗𝑘𝑙 = 𝜇 + 𝜏𝑖 + 𝛽𝑗 + 𝛾𝑘 + (𝜏𝛽)𝑖𝑗 + (𝜏𝛾)𝑖𝑘 + (𝛽𝛾)𝑗𝑘 + (𝜏𝛽𝛾)𝑖𝑗𝑘 + 𝑢𝑖𝑗𝑘𝑙 (11)
𝑖 = 1,2,3(𝑎); 𝑗 = 1,2,3(𝑏); 𝑘 = 1,2,3(𝑐); 𝑙 = 1,2(𝑟)
Donde:
𝑦𝑖𝑗𝑘𝑙 : Rendimiento de cera obtenida a una relación R/S i, temperatura j y tiempo de
extracción k
𝜏𝑖 : Efecto producidos por el nivel i-ésimo del factor A (Relación R/S).
𝛽𝑗 : Efecto producidos por el nivel j-ésimo del factor B (Temperatura).
𝛾𝑘 : Efecto producidos por el nivel k-ésimo del factor C (Tiempo de extracción).
(𝜏𝛽)𝑖𝑗 : Efecto producido por la interacción AxB.
(𝜏𝛾)𝑖𝑘 : Efecto producido por la interacción AxC.
(𝛽𝛾)𝑗𝑘 : Efecto producido por la interacción BxC.
(𝜏𝛽𝛾)𝑖𝑗𝑘: Efecto producido por la interacción AxBxC.
r : Número de réplicas
En la Tabla 13. se presenta la codificación de los factores para el diseño estadístico de la
obtención de la cera.
32
Tabla 12. Codificación de los factores para el diseño estadístico de la obtención de
la cera
Factor Notación
Temperatura A
Tiempo B
Relación cachaza/solvente C
HIPÓTESIS NULA
Ho = La variación significativa en el valor de rendimiento de cera debido al efecto de la
temperatura no existe (A).
Ho = La variación significativa en el valor de valor de rendimiento de cera debido al
efecto del tiempo no existe (B).
Ho = La variación significativa en el valor de rendimiento de cera debido al efecto de la
relación cachaza/solvente no existe (C).
HIPÓTESIS ALTERNATIVA
Ha = La variación significativa en el valor de rendimiento de cera debido al efecto de la
temperatura existe (A).
Ha = La variación significativa en el valor de valor de rendimiento de cera debido al
efecto del tiempo existe (B).
Ha = La variación significativa en el valor de rendimiento de cera debido al efecto de la
relación cachaza/solvente existe (C).
En la Tabla 14 se presenta las fórmulas para cálculo de la suma de cuadrados para el
rendimiento de la cera.
Cálculo Modelo ANOVA
33
Tabla 13. Suma de cuadrados para rendimiento en la obtención de cera
Suma de cuadrados SC
Suma de cuadrados
factor A 𝑆𝐶𝐴 =
∑ 𝑦𝑖2
𝑖
𝑏𝑐𝑟−
𝑦2
𝑎𝑏𝑐𝑟
Suma de cuadrados
factor B 𝑆𝐶𝐵 =
∑ 𝑦𝑗2
𝑖
𝑎𝑐𝑟−
𝑦2
𝑎𝑏𝑐𝑟
Suma de cuadrados
factor C 𝑆𝐶𝐶 =
∑ 𝑦𝑘2
𝑘
𝑎𝑏𝑟−
𝑦2
𝑎𝑏𝑐𝑟
Suma de cuadrados para
la interacción (AB) 𝑆𝐶(𝐴𝐵) =
∑ 𝑦𝑖𝑗2
𝑖𝑗
𝑐𝑟−
𝑦2
𝑎𝑏𝑐𝑟− 𝑆𝐶𝐴 − 𝑆𝐶𝐵
Suma de cuadrados para
la interacción (AC) 𝑆𝐶(𝐴𝐶) =
∑ 𝑦𝑖𝑘2
𝑖𝑘
𝑏𝑟−
𝑦2
𝑎𝑏𝑐𝑟− 𝑆𝐶𝐴 − 𝑆𝐶𝐶
Suma de cuadrados para
la interacción (BC) 𝑆𝐶(𝐵𝐶) =
∑ 𝑦𝑗𝑘2
𝑗𝑘
𝑎𝑟−
𝑦2
𝑎𝑏𝑐𝑟− 𝑆𝐶𝐵 − 𝑆𝐶𝐶
Suma de cuadrados para
la interacción (ABC) 𝑆𝐶(𝐴𝐵𝐶) =
∑ 𝑦𝑖𝑗𝑘2
𝑖𝑗𝑘
𝑟−
𝑦2
𝑎𝑏𝑐𝑟− 𝑆𝐶𝐴 − 𝑆𝐶𝐵 − 𝑆𝐶𝐶
− 𝑆𝐶(𝐴𝐵) − 𝑆𝐶(𝐴𝐶) − 𝑆𝐶(𝐵𝐶)
Suma de cuadrados Total 𝑆𝐶𝑇 = ∑ 𝑦𝑖𝑗𝑘𝑙2
𝑖,𝑗,𝑘,𝑙 −𝑦2
𝑎𝑏𝑐𝑟
Suma de cuadrados del
residual
𝑆𝐶𝑅 = 𝑆𝐶𝑇 − 𝑆𝐶𝐴 − 𝑆𝐶𝐵 − 𝑆𝐶𝐶 − 𝑆𝐶(𝐴𝐵) − 𝑆𝐶(𝐴𝐶)
− 𝑆𝐶(𝐵𝐶) − 𝑆𝐶(𝐴𝐵𝐶)
34
Para el cálculo del estadístico F se seguirá la matriz presentada en la Tabla 15.
Tabla 14. ANOVA para rendimiento en la obtención de cera
Fuente Suma de
cuadrados
Grados de
libertad
Cuadrado
Medio
Fexp
A SCA a – 1 CMA CMA/CMR
B SCB b – 1 CMB CMB/CMR
C SCC c – 1 CMC CMC/CMR
AxB SC(AB) (a – 1)( b – 1) CM(AB) CM(AB)/CMR
AxC SC(AC) (a – 1)( c – 1) CM(AC) CM(AC)/CMR
BxC SC(BC) (b – 1)( c – 1) CM(BC) CM(BC)/CMR
AxBxC SC(ABC) (a – 1)( b – 1) ( c –
1)
CM(ABC) CM(ABC)/(CMR
Residual SCR abc(r – 1) CMR
Total SCT abcr – 1 CMT
4.8.2. Análisis estadístico para la obtención de policosanol. Para el análisis
estadístico se utilizó el programa STATGRAPHICS, a través del cual se probó si las
variables independientes temperatura y tiempo, tienen influencia en la cantidad de
policosanol obtenido.
Para la obtención de policosanol a partir de la cera se tiene el siguiente modelo estadístico:
𝑦𝑖𝑗𝑘 = 𝜇 + 𝜏𝑖 + 𝛽𝑗 + 𝑢𝑖𝑗𝑘 (10)
𝑖 = 1,2,3(𝑎); 𝑗 = 1,2,3(𝑏); 𝑘 = 1,2(𝑟)
Donde:
𝑦𝑖𝑗𝑘 : Rendimiento de policosanol obtenido a una Temperatura i y tiempo j
35
𝜏𝑖 : Efecto producidos por el nivel i-ésimo del factor A (Tiempo de reacción).
𝛽𝑗 : Efecto producidos por el nivel j-ésimo del factor B (Temperatura).
r : Número de réplicas.
En la Tabla 16 se presenta la codificación de los factores para el diseño estadístico de la
obtención del policosanol.
Tabla 15. Codificación de los factores para el diseño estadístico de la obtención del
policosanol
Factor Notación
Temperatura A
Tiempo B
HIPÓTESIS NULA
Ho = La variación significativa en el valor de rendimiento de policosanol debido al efecto
de la temperatura no existe (A).
Ho = La variación significativa en el valor de valor de rendimiento de policosanol debido
al efecto del tiempo no existe (B).
HIPÓTESIS ALTERNATIVA
Ha = La variación significativa en el valor de rendimiento de policosanol debido al efecto
de la temperatura existe (A).
Ha = La variación significativa en el valor de valor de rendimiento de policosanol debido
al efecto del tiempo existe (B).
36
La suma de cuadrados para el ANOVA se describe en la tabla 17.
Tabla 16. Suma de cuadrados para rendimiento en la obtención de cera
Suma de cuadrados SC
Suma de cuadrados factor A 𝑆𝐶𝐴 =
∑ 𝑦𝑖2
𝑖
𝑏𝑟−
𝑦2
𝑎𝑏𝑟
Suma de cuadrados factor B 𝑆𝐶𝐵 =
∑ 𝑦𝑗2
𝑖
𝑎𝑟−
𝑦2
𝑎𝑏𝑟
Suma de cuadrados para la
interacción (AB) 𝑆𝐶(𝐴𝐵) =
∑ 𝑦𝑖𝑗2
𝑖𝑗
𝑟−
𝑦2
𝑎𝑏𝑟− 𝑆𝐶𝐴 − 𝑆𝐶𝐵
Suma de cuadrados Total 𝑆𝐶𝑇 = ∑ 𝑦𝑖𝑗𝑘2
𝑖,𝑗,𝑘 −𝑦2
𝑎𝑏𝑟
Suma de cuadrados del
residual
𝑆𝐶𝑅 = 𝑆𝐶𝑇 − 𝑆𝐶𝐴 − 𝑆𝐶𝐵 − 𝑆𝐶(𝐴𝐵)
Para el cálculo del estadístico F se seguirá la matriz presentada en la Tabla 18.
Tabla 17. ANOVA para rendimiento en la obtención de cera
Fuente Suma de
cuadrados
Grados de
libertad
Cuadrado
Medio
Fexp
A SCA a – 1 CMA CMA/CMR
B SCB b – 1 CMB CMB/CMR
AxB SC(AB) (a – 1)( b – 1) CM(AB) CM(AB)/CMR
Residual SCR ab(r – 1) CMR
Total SCT abr – 1 CMT
37
4.9.Regresión múltiple
La notación matemática para la regresión múltiple lineal para relacionar el porcentaje de
rendimiento con las distintas variables independientes, es la que se muestra a
continuación:
%𝑅𝑐 = 𝑎 + 𝑏 ∗ 𝑇𝑒 + 𝑐 ∗ 𝜃𝑒 + 𝑑 ∗ (𝑅
𝑆) (11)
%𝑅𝑝 = 𝑒 + 𝑓 ∗ 𝑇𝑟 + 𝑔 ∗ 𝜃𝑟 (12)
Donde:
%Rc : Porcentaje de rendimiento de obtención de cera a partir de cachaza.
R/S : Relación cachaza/heptano
Te : Temperatura de extracción de cera
θe : Tiempo de extracción de cera
%Rp : Porcentaje de rendimiento de obtención de policosanol a partir de la cera.
Tr : Temperatura de reacción.
θr : Tiempo de reacción.
a, b, d, e, f, g : Son parámetros o coeficientes de regresión desconocidos a estimar.
38
5. RESULTADOS
5.1. Resultados humedad de la cachaza.
En la Tabla 19. se aprecia los resultado obtenidos de la humedad de la cachaza.
Tabla 18. Resultados humedad de la cachaza
Muestra Masa inicial, g Masa final, g % de Humedad
Cachaza húmeda
400 232,12 72,36
400 229,03 74,63
5.2. Resultado extracto etéreo de la cachaza.
En la Tabla 20. se aprecia los resultado obtenidos del extracto etéreo de la muestra de
cachaza.
Tabla 19. Resultado extracto etéreo
Muestra Unidad Extracto etéreo Método
Cachaza seca % 6,83 MAL-03/AOAC991.36
5.3. Resultados de rendimiento de la cera de caña de azúcar.
En la Tabla 21. se presenta los resultados del rendimiento de cera obtenido en el proceso
de extracción con una relación cachaza heptano de 1:3.
39
Tabla 20. Rendimiento promedio de la obtención de cera con una relación 1:3
cachaza/heptano
T, °C 65 75 85
Réplica t, min % % %
30 2,825 2,975 3,125
R1 60 3,1 3,3 4
90 3,25 3,5 4,25
30 2,925 3,025 3,075
R2 60 3,175 3,25 3,5
90 3,3 3,5 4,2
En la tabla 22 se presenta los resultados del rendimiento de cera obtenido en el proceso
de extracción con una relación cachaza heptano de 1:4.
Tabla 21. Rendimiento promedio de la obtención de cera con una relación 1:4
cachaza/heptano
T, °C 65 75 85
Réplica t, min % % %
30 4,425 4,225 5,45
R1 60 4,5 4,8 5,725
90 4,625 5,525 6,075
30 4,5 4,675 5,775
R2 60 4,575 4,675 5,75
90 4,725 4,975 6,25
En la tabla 23 se presenta los resultados del rendimiento de cera obtenido en el proceso
de extracción con una relación cachaza heptano de 1:5.
40
Tabla 22. Rendimiento promedio de la obtención de cera
con una relación 1:5 cachaza/heptano
T, °C 65 75 85
Réplica t, min % % %
30 4,95 5,325 6,2
R1 60 5,325 5,975 6,625
90 5,625 6,225 6,8
30 5,025 5,225 6,025
R2 60 5,45 5,85 6,7
90 5,725 6,275 7,025
5.4. Resultados caracterización de la cera de caña de azúcar.
En la tabla 24 se presenta los resultados de la caracterización de la cera de la caña de
azúcar.
Tabla 23. Resultados caracterización cera de caña de azúcar
Parámetro Resultado Método
Índice de Saponificacion, (mg/g) 127,03 MAL-31/NTE INEN40
Punto de Fusión, °C 70,4 NTE INEN-ISO 6321:2013
5.5. Resultados de rendimiento de policosanol.
En la tabla 25 se presentan los resultados del rendimiento de policosanol, sin embargo se
determinó que este contenía impurezas por lo cual se recristaliza el producto hasta
eliminar la mayor cantidad de impurezas.
41
Tabla 24. Rendimiento de policosanol
T, °C 70 90
Réplica t, h % %
1 20,4 25,1
R1 3 25,5 29,8
1 19,9 26,3
R2 3 24,3 30,1
5.6. Resultados recuperación de policosanol.
En la tabla 26 se presenta los resultados del porcentaje de recuperación policosanol tras
las recristalizaciones en metanol.
Tabla 25. Recuperación de policosanol
Muestra % Recuperación
P1 65,45
P2 60,07
P3 66,44
P4 60,78
5.7. Resultados cuantificación de policosanol.
5.7.1. Curvas de calibración obtenidas.
La Figura 13 representa la curva de calibración para cuantificación del hexacosanol y la
ecuación de ajuste con regresión lineal cuyo coeficiente es 0,9927.
42
Figura 13. Curva de calibración para Hexacosanol
La figura 14 representa la curva de calibración para cuantificación de del triacontanol y
la ecuación de ajuste con regresión lineal cuyo coeficiente es 0,9499.
Figura 14. Curva de calibración para Triacontanol
5.7.2. Resultados concentración de alcoholes en la muestra.
En la tabla 27 se puede apreciar la concentración de los alcoholes presentes en la muestra
de policosanol.
y = 4E+08xR² = 0,9927
0,00E+00
5,00E+06
1,00E+07
1,50E+07
2,00E+07
2,50E+07
3,00E+07
3,50E+07
4,00E+07
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12
Áre
a, u
2
Concentración(%p/v)
Curva de calibración para Hexacosanol
y = 6E+08xR² = 0,9499
0,00E+00
1,00E+07
2,00E+07
3,00E+07
4,00E+07
5,00E+07
6,00E+07
7,00E+07
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12
Áre
a, u
2
Concentración(%p/v)
Curva de calibración para Triacontanol
43
Tabla 26. Resultado de la concentración de alcoholes obtenidos en la
muestra.
Alcohol Concentración %(p/v)
Hexacosanol 0,0037
Octacosanol 0,050
Triacontanol 0,009
Total 0,0627
5.8. Análisis estadístico
5.8.1. Análisis estadístico para la extracción de la cera de caña de azúcar.
En la tabla 28 se presenta el análisis estadístico ANOVA para la extracción de la cera de
la caña de azúcar, para decidir si las variables son significativas debemos analizar si el
valor de probabilidad es menor que 0.05, si esto se cumple no se rechaza la hipótesis
alternativa.
Tabla 27. ANOVA el rendimiento de la cera de caña de azúcar.
Fuente Suma de
Cuadrados
Gl Cuadrado
Medio
Razón-
F
Valor-P
A:TEMPERATURA 9,13018 1 9,13018 85,96 0,0000
B:TIEMPO 4,0308 1 4,0308 37,95 0,0000
C:RELACION 56,8118 1 56,8118 534,86 0,0000
Error total 4,88599 46 0,106217
Total (corr.) 73,7981 50
R-cuadrada (ajustada por g.l.) = 92,80355 %
En la tabla 29 de determina si las variables empleadas son o no significativas en función
del valor de probabilidad.
44
Tabla 28. Comparación del Valor de Probabilidad para ANOVA extracción de la
cera de caña de azúcar.
Factor V
probabilidad
Comparación Nivel de
significancia
Decisión
A 0 < 0,05 No se rechaza Ha
B 0 < 0,05 No se rechaza Ha
C 0 < 0,05 No se rechaza Ha
En la figura 15 presenta la incidencia de cada variable en el proceso de extracción,
notando que la relación cachaza-heptano tiene mayor efecto.
Figura 15. Diagrama de Pareto estandarizada para el rendimiento de cera de caña
de azúcar
En la figura 16 se presentan las variables del proceso de extracción y se puede observar
que a mayor pendiente de la recta que representa variable, ésta tiene mayor incidencia en
el rendimiento de cera obtenida.
Diagrama de Pareto Estandarizada para R
0 4 8 12 16 20 24
Efecto estandarizado
B:TIEMPO+bloque
A:TEMPERATURA+bloque
C:RELACION+bloque
+
-
45
Figura 16. Gráfica de efectos principales para el rendimiento de cera de caña de
azúcar
En la figura 17 se presenta el método de superficie de respuesta el cual nos permite
determinar los valores óptimos para la extracción de la cera de la caña de azúcar.
Figura 17. Superficie de respuesta estimada
5.8.2. Optimización de la Respuesta
En la tabla 30 se puede apreciar los valores óptimos de las variables para la extracción
de la cera de la caña de azúcar.
Valor óptimo = 6,94185
TEMPERATURA
-1,0 1,0
TIEMPO
-1,0 1,0
RELACION
-1,0 1,0
Gráfica de Efectos Principales para R
3,4
3,9
4,4
4,9
5,4
5,9
6,4
R
Superficie de Respuesta EstimadaRELACION=0,0
-1 -0,6-0,2 0,2 0,6 1
TEMPERATURA
-1
-0,6
-0,2
0,2
0,6
1
TIEMPO
2,6
3,6
4,6
5,6
6,6
7,6
R
46
Tabla 29. Optimización de la Respuesta
Factor Bajo Alto Óptimo
TEMPERATURA 65 85 85
TIEMPO 30 90 90
RELACION 1/3 1/5 1/5
5.8.3. Análisis estadístico para la obtención de policosanol. En la tabla 31 se presenta
el análisis estadístico ANOVA para el rendimiento de policosanol, para decidir si las
variables son significativas debemos analizar si el valor de probabilidad es menor que
0.05, si esto se cumple no se rechaza la hipótesis alternativa.
Tabla 30. ANOVA para el rendimiento de policosanol.
Fuente Suma de
Cuadrados
Gl Cuadrado
Medio
Razón-F Valor-P
A:Tiempo 40,5 1 40,5 93,64 0,0006
B:Temperatura 56,18 1 56,18 129,90 0,0003
Error total 1,73 4 0,4325
Total (corr.) 98,415 7
R-cuadrada (ajustada por g.l.) = 96,9237 %
Tabla 31. Comparación del Valor de Probabilidad para ANOVA rendimiento de
policosanol.
Factor V
probabilidad
Comparación Nivel de
significancia
Decisión
A 0,006 < 0,05 Se acepta Ha
B 0,003 < 0,05 Se acepta Ha
En la figura 18 presenta la incidencia de cada variable en el proceso de saponificación,
notando que temperatura tiene mayor efecto.
47
Figura 18. Diagrama de Pareto estandarizada para el rendimiento de policosanol
En la figura 19 se presentan las variables del proceso de saponificación y se puede
observar que a mayor pendiente de la recta que representa la variable, ésta tiene mayor
incidencia en el rendimiento policosanol.
Figura 19. Gráfica de efectos principales para el rendimiento de policosanol
En la figura 20 se presenta el método de superficie de respuesta el cual nos permite
determinar los valores óptimos de las variables empleadas para la reacción de
saponificación.
Diagrama de Pareto Estandarizada para Rendimiento
0 2 4 6 8 10 12
Efecto estandarizado
A:Tiempo
B:Temperatura
+
-
Gráfica de Efectos Principales para Rendimiento
22
23
24
25
26
27
28
Ren
dim
ien
to
Tiempo
-1,0 1,0
Temperatura
-1,0 1,0
48
Figura 20. Superficie de respuesta estimada
5.8.4. Optimización de la Respuesta
En la tabla 33. se puede apreciar los valores óptimos de las variables para la reacción de
saponificación.
Valor óptimo = 30,075
Tabla 32. Optimización de la Respuesta
Factor Bajo Alto Óptimo
TEMPERATURA 65 85 85
TIEMPO 1 3 3
5.8.5. Regresión múltiple para la extracción de cera de caña de azúcar y obtención
de policosanol
En la tabla 34 se puede apreciar coefientes de regresión para el rendimiento de la cera de
la caña de azúcar.
Tabla 33. Coeficientes de regresión para el rendimiento de cera de caña de azúcar
Superficie de Respuesta Estimada
-1 -0,6 -0,2 0,2 0,6 1
Tiempo
-1-0,6
-0,20,2
0,61
Temperatura
19
21
23
25
27
29
31
Re
nd
imie
nto
Coeficiente Estimado
constante 4,76394
A:TEMPERATURA 0,531864
B:TIEMPO 0,353392
C:RELACION 1,29265
49
Según los coeficientes obtenidos la ecuación de regresión que se ajusta a los datos es la
siguiente:
%𝑅𝑐 = 4,76394 + 0,531864 𝑇𝑒 + 0,353392 𝜃𝑒 + 1,29265 (𝑅
𝑆)
En la tabla 35 se puede apreciar coefientes de regresión para el rendimiento de
policosanol.
Tabla 34. Coeficientes de regresión para rendimiento de policosanol
Coeficiente Estimado
constante 25,175
A:TIEMPO 2,25
B:TEMPERATURA 2,65
Según los coeficientes obtenidos la ecuación de regresión que se ajusta a los datos es
la siguiente:
%𝑅𝑝 = 25,175 + 2,25𝜃𝑟 + 2,65 𝑇𝑟
50
6. DISCUSIÓN
La muestra de cachaza fue recogida en la estación seca (entre Junio y Octubre), por
lo tanto el rendimiento obtenido debe ser mayor al que se esperaría en otra estación
lluviosa (entre Noviembre y Mayo), debido a que en la estación seca la planta de caña
produce mayor cantidad de cera, la cual evita la pérdida excesiva de agua.
Previo al proceso de extracción, es necesario acondicionar la materia prima, por lo
cual se realizaron pruebas preliminares con la cachaza en donde se determinó que era
necesario realizar un secado preliminar para eliminar el agua presente y que esta no
interfiera con el proceso de extracción, seguido de molienda para reducir el tamaño
de partícula favoreciendo así el contacto entre el sólido y el solvente extractor.
La elección del solvente fue fundamental, ya que de éste depende el obtener un mayor
rendimiento de cera, para ello se realizaron pruebas preliminares utilizando etanol al
96% y heptano. De estas pruebas se determinó que el heptano permitía obtener un
mayor rendimiento de cera, debido a que es un compuesto apolar y al ser la cera de
la caña de azúcar de la misma naturaleza, ésta se extraerá en mayor medida. Con el
etanol al 96% se obtuvo rendimientos del 50% en relación al obtenido con el heptano,
debido a que este es un solvente polar.
Se realizaron pruebas piloto para la reacción de saponificación utilizando una
solución acuosa de hidróxido de sodio al 1.2% p/v y una solución alcohólica de
hidróxido del sodio al 1.2% p/v. Se obtuvo un mayor rendimiento con la solución
acuosa.
Una vez realizada la saponificación se evaporó completamente el agua presente en la
mezcla y se procedió a realizar una extracción utilizando el método Soxhlet con
cloroformo como solvente, de esta manera se logró obtener un rendimiento de
extracto con un valor de 30%.
51
Al determinar la pureza de policosanol, se observó que ésta era baja, por lo cual se
decidió hacer recristalizaciones sucesivas para eliminar impurezas y así poder
obtener policosanol con mayor pureza, sin embargo esto provocó pérdidas del
producto ya que una cantidad considerable de producto queda retenida al momento
de la filtración en cada recristalización.
Para realizar la solución estándar de policosanol se utilizó pastillas comerciales,
teniendo en cuenta que las pastillas deben tener un alto grado de pureza debido a que
son para el consumo humano. Sin embargo las pastillas empleadas contenían
excipientes, los cuales fueron separados para que no intervengan en el análisis de
cromatografía de gases.
Para la cuantificación del policosanol, se comparó el cromatograma del policosanol
obtenido con los cromatogramas de la solución estándar a diferentes concentraciones,
de esta manera se construyó la curva de calibración y se determinó la cantidad de
alcoholes presentes en la muestra analizada.
Las columnas empleadas para la cuantificación del policosanol fueron Agilent VF-
5-HT Ultimetal, y Agilent HP-5MS UI, las mismas que son empleadas para la
cuantificación de ceras, derivados de petróleo, alcaloides, drogas, entre otros. Esto
dificultó la identificación y cuantificación de los alcoholes presentes en el
policosanol debido a que son columnas para compuestos apolares. La columna
Agilent HP-5MS UI, brindó mejores resultados ya que es menos apolar y existía una
mayor afinidad entre las fases.
El método empleado para la cuantificación del policosanol fue el de calibración
externa, se realizó con este método ya que no se disponía de un estándar de
características similares a los alcoholes presentes en el policosanol.
52
7. CONCLUSIONES
Se obtuvo policosanol a partir de la cachaza de la caña de azúcar, para esto se
determinaron las condiciones de extracción de cera presente en la cachaza
utilizando el método de superficie de respuesta, partiendo de 40 g de cachaza a
70 °C, 90 minutos y a una relación másica cachaza/heptano de 1:5, se obtiene
2,81g de cera, siendo esta la mayor cantidad extraída. Con la cera extraída se
procedió a realizar la saponificación para obtener el policosanol, determinando
mediante el método de superficie de respuesta, que las condiciones de reacción
más adecuadas son a 85 °C y 3 horas.
El método aplicado para la cuantificación e identificación del policosanol en el
cromatógrafo fue adecuado ya que nos permitió obtener una buena resolución en
los picos de los alcoholes presentes en el policosanol. Esto facilitó la
cuantificación de los alcoholes presentes en la muestra cuyos resultados se
muestran en la tabla 27, pudiendo así determinar que la pureza del policosanol
obtenido es del 89,57%.
La pureza obtenida se logró conseguir realizando recristalizaciones sucesivas, ya
que este método permitió eliminar la mayor cantidad impurezas presentes en la
muestra. Mediante los ensayos en el cromatógrafo se determinó que la impureza
que aun contenía la muestra era ácido palmítico pero en muy baja proporción, sin
embargo este ácido no afecta a la salud humana por lo cual, el policosanol
obtenido es apto para el consumo humano.
Mediante los resultados obtenidos (ANOVA) en la tabla 28, podemos determinar
que la relación cachaza/heptano, temperatura y tiempo de extracción son
significativos en la extracción de la cera, es decir que, con un nivel de confianza
de 95%, se puede afirmar que las tres variables tienen efecto sobre el rendimiento
de cera extraída y no deben ser excluidas de la ecuación de regresión. Además se
53
puede observar que la medida de bondad de ajuste es de 92,80% por lo tanto se
concluye que el modelo obtenido es adecuado.
Mediante los resultados obtenidos (ANOVA) en la tabla 31, podemos determinar
que la temperatura y tiempo de reacción son significativos en la obtención de
policosanol, es decir que, con un nivel de confianza de 95%, se puede afirmar que
las dos variables tienen efecto sobre el rendimiento de policosanol obtenido y no
deben ser excluidas de la ecuación de regresión. Además se puede observar que
la medida de bondad de ajuste es de 96,92% por lo tanto se concluye que el modelo
obtenido es adecuado.
El método de calibración externa empleado para cuantificar los alcoholes
presentes en el policosanol, nos permitió obtener resultados favorables ya que se
obtuvo una pureza de 89,57%.
54
8. RECOMENDACIONES
Adquirir para los laboratorios de la Facultad de Ingeniería Química, de columnas de
HPLC y GC, más apropiadas para la identificación de alcoholes como la
CARBOWAX 20M y HP-20M.
Se recomienda la ejecución de un estudio de factibilidad del presente trabajo,
implementando la optimización de las variables que intervienen en todas las etapas del
proceso pudiendo así llevar los datos de laboratorio a la construcción de una planta
piloto.
Se recomienda probar con procesos como la extracción con fluidos supercríticos para
poder obtener el policosanol sin impurezas y de una manera más rápida.
Para cuantificar el policosanol, al ser éste un compuesto parcialmente polar, se
recomienda utilizar una columna Agilent CARBOWAX 20M, la misma que se utiliza
para cuantificar alcoholes.
Se recomienda emplear el método del patrón interno para cuantificar el policosanol
obtenido ya que de esta manera se minimizan los errores de inyección, manuales,
aleatorios y sistemáticos.
55
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Salazar, M., Sánchez, M. A., & Aucatoma, B. (2009). Manejo de suelos y fertilizantes,
págs 40–46.
61
ANEXOS
62
ANEXO A. Extracto etéreo de la cachaza de caña de azúcar
63
ANEXO B. Propiedades de la cera de caña de azúcar
64
ANEXO C. Procedimiento para la obtención de policosanol
Figura C1. Recolección de la cachaza Figura C2. Secado de la cachaza
Figura C3. Molienda de la cachaza Figura C4. Pesaje de la cachaza
65
Figura C5. Pesaje del heptano Figura C6. Mezcla de heptano y cachaza
Figura C7. Extracción con reflujo Figura C8. Filtración en caliente
Figura C9. Evaporación del solvente
Figura C10. Cera obtenida Figura C11. Saponificación de la Cera
66
Figura C12. Extracción del Policosanol Figura C13. Destilación cloroformo
Figura C13. Recristalización en metanol Figura C14. Policosanol
Figura C13. Cuantificación por GC-MS
67
ANEXO D. Método para la cuantificación de policosanol
INSTRUMENT CONTROL PARAMETERS: GCMSD
---------------------------------------
D:\MassHunter\GCMS\1\methods\policosanol.m
Fri May 05 10:27:36 2017
Control Information
------- -----------
Sample Inlet : GC
Injection Source : GC ALS
Injection Location: Front
Mass Spectrometer : Enabled
GC
GC Summary
Run Time 28 min
Post Run Time 5 min
Oven
Temperature
Setpoint On
(Initial) 150 °C
Hold Time 1 min
Post Run 310 °C
Program
#1 Rate 20 °C/min
#1 Value 200 °C
#1 Hold Time 3 min
#2 Rate 8 °C/min
#2 Value 250 °C
#2 Hold Time 3 min
#3 Rate 8 °C/min
#3 Value 300 °C
68
#3 Hold Time 2 min
#4 Rate 10 °C/min
#4 Value 310 °C
#4 Hold Time 3 min
Equilibration Time 3 min
Max Temperature 325 °C
Maximum Temperature Override Disabled
Slow Fan Disabled
ALS
Front Injector
Syringe Size 10 μL
Injection Volume 1 μL
Solvent A Washes (PreInj) 2
Solvent A Washes (PostInj) 2
Solvent A Volume 8 μL
Solvent B Washes (PreInj) 0
Solvent B Washes (PostInj) 0
Solvent B Volume 8 μL
Sample Washes 3
Sample Wash Volume 8 μL
Sample Pumps 3
Dwell Time (PreInj) 0 min
Dwell Time (PostInj) 0 min
Solvent Wash Draw Speed 300 μL/min
Solvent Wash Dispense Speed 6000 μL/min
Sample Wash Draw Speed 300 μL/min
Sample Wash Dispense Speed 6000 μL/min
Injection Dispense Speed 6000 μL/min
Viscosity Delay 0 sec
Sample Depth Disabled
Injection Type Standard
69
L1 Airgap 0.2 μL
Solvent Wash Mode A, B
Front SSZ Inlet He
Mode Splitless
Heater On 180 °C
Pressure On 13.332 psi
Gas Saver On 15 After 2 min mL/min
Purge Flow to Split Vent 60 mL/min at 1 min
Thermal Aux 1 (MSD Transfer Line)
Temperature
Setpoint On
(Initial) 325 °C
Post Run 0 °C
Column
Column #1
Flow
Setpoint On
(Initial) 1 mL/min
Post Run 0.89998 mL/min
Agilent 19091S-433
HP-5ms
-60 °C—325 °C (325 °C): 30 m x 250 μm x 0.25 μm
In Front SSZ Inlet He
Out MSD
(Initial) 150 °C
Pressure 13.332 psi
Flow 1 mL/min
Average Velocity 38.051 cm/sec
Holdup Time 1.314 min
70
Column Outlet Pressure 0 psi
Signals
Signal #1: Test Plot
Description Test Plot
Details
Save Off
Data Rate 50 Hz
Dual Injection Assignment Front Sample
Signal #2: Test Plot
Description Test Plot
Details
Save Off
Data Rate 50 Hz
Dual Injection Assignment Back Sample
Signal #3: Test Plot
Description Test Plot
Details
Save Off
Data Rate 50 Hz
Dual Injection Assignment Back Sample
Signal #4: Test Plot
Description Test Plot
Details
Save Off
Data Rate 50 Hz
Dual Injection Assignment Back Sample
71
MS Information
-- -----------
General Information
------- -----------
Acquisition Mode : Scan
Solvent Delay (minutes) : 6
Tune file : D:\MassHunter\GCMS\1\5977\atune.u
EM Setting mode Gain : 1.000000
Normal or Fast Scanning : Normal Scanning
Trace Ion Detection : Off
Run Time (if MS only) : 650 minutes
[Scan Parameters]
Start Time : 6
Low Mass : 18
High Mass : 600
Threshold : 150
A/D Samples: : 4
[MSZones]
MS Source : 230 C maximum 250 C
MS Quad : 150 C maximum 200 C
Timed Events
----- ------
Number Events= 0
72
ANEXO E. Cromatogramas obtenidos por GC-MS
Figura F1. Cromatograma solución al 0.005% p/v
73
Figura F2. Cromatograma solución al 0.01% p/v
74
Figura F3. Cromatograma solución al 0.02% p/v
75
Figura F4. Cromatograma solución al 0.03% p/v
76
Figura F5. Cromatograma solución al 0.1% p/v
77
Figura F6. Cromatograma solución al 0.07% p/v
78
ANEXO F. Identificación de octacosanol
79
ANEXO G. MÉTODO NTE INEN-ISO 6321:2013
80
81
82
