UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRÉS
FACULTAD DE INGENIERÍA
CARRERA DE INGENIERÍA INDUSTRIAL
PLANTA PILOTO PARA LA OBTENCIÓN DE ACEITE
ESENCIAL Y PECTINA A PARTIR DE LA CASCARA DE
NARANJA PARA EL INSTITUTO DE INVESTIGACIONES
INDUSTRIALES
Proyecto de grado presentado para la obtención del Grado de Licenciatura
POR: REYNA ZEILA RIOS FLORES
TUTOR: Ph. D. MIGUEL YUCRA ROJAS
LA PAZ – BOLIVIA
Diciembre, 2022
UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRÉS
FACULTAD DE INGENIERIA
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UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRÉS
FACULTAD DE INGENIERÍA
CARRERA DE INGENIERÍA INDUSTRIAL
Proyecto de grado:
PLANTA PILOTO PARA LA OBTENCIÓN DE ACEITE
ESENCIAL Y PECTINA A PARTIR DE LA CASCARA DE
NARANJA PARA EL INSTITUTO DE INVESTIGACIONES
INDUSTRIALES
Presentado por: Univ. Reyna Zeila Rios Flores
Para optar el grado académico de Licenciado en Ingeniería Industrial
Nota numeral ……………………………………………………….
Nota literal
………………………………………………………
Ha sido
………………………………………………………
Director de la carrera de Ingeniería Industrial:
M. Sc. Ing. Franz Zenteno Benítez
……………………………………………
Tutor: Ph. D. Miguel Yucra Rojas
……………………………………………
Tribunal: M. Sc. Ing. Boris Parraga Andrade
……………………………………………
Tribunal: M. Sc. Ing. Tania Teran Mita
……………………………………………
Tribunal: M. Sc. Ing. Félix Orellana Sánchez
……………………………………………
Tribunal: Ing. Hugo Mobarec Clavijo
……………………………………………
II
DEDICATORIA
A mi papá, mi mejor amigo y mi inspiración fundamental. El jamás me
dejo pensar que no podía hacer exactamente lo que quisiera o ser lo que
quisiera ser. Esto es para y por ti, gracias por creer en mí.
A mi mamá que me dio la vida, y que cada día la llena de bendiciones,
amor y su apoyo incondicional.
A mis hermanos que son amables, decentes y muy generosos, sin los que
no podría mantenerme en pie. Estoy orgullosa de ser su hermana.
III
AGRADECIMIENTOS
A Dios, por haberme regalado la oportunidad de seguir viviendo,
llevándome siempre de su mano, iluminando mi camino para poder
alcanzar este sueño que hoy es una realidad.
A mis padres y hermanos, por estar a mi lado brindándome su apoyo
incondicional en este logro profesional
A mi tutor Ph. D. Miguel Yucra Rojas, quien me ayudo enormemente, por
el gran esfuerzo y tiempo empleado en brindarme sus conocimientos,
experiencias, su afecto, su amistad, su dedicación, sus atenciones y sus
concejos como persona y como profesional.
Al instituto de Investigaciones Industriales dependiente de la Facultad de
Ingeniería de la Universidad Mayor de San Andrés, por darme la
oportunidad de realizar el presente estudio.
A la Universidad Mayor de San Andrés por la oportunidad de permitirme
acceder a mi formación profesional y a los docentes de la carrera de
Ingeniería Industrial por compartir sus conocimientos.
A mis tribunales por su tiempo, sus concejos, su ayuda y su asesoría
brindadas en el desarrollo de este trabajo.
A mis familiares, amigos y a todos los que contribuyeron en el desarrollo
de este proyecto.
IV
TABLA DE CONTENIDO
TABLA DE CONTENIDO ........................................................................................ V
ÍNDICE DE TABLAS ............................................................................................ XIII
ÍNDICE DE FIGURAS ........................................................................................ XVII
RESUMEN ............................................................................................................XX
INTRODUCCIÓN .................................................................................................... 1
1.
CAPÍTULO I GENERALIDADES .................................................................. 4
1.1.
Análisis situacional de la naranja .............................................................. 5
1.1.1. Variedades de Naranja ....................................................................... 6
1.1.2. Producción a nivel mundial ................................................................. 8
1.1.3. Producción Nacional ......................................................................... 10
1.1.4. Producción departamental ................................................................ 15
1.1.5. Industrialización ................................................................................ 17
1.1.6. Cadena de derivados ........................................................................ 20
1.1.7. Composición de la cáscara de naranja ............................................ 22
1.1.8. Aprovechamiento de la Cáscara de Naranja en otros países ......... 24
1.1.8.1. Brasil: Plástico biodegradable hecho de cáscaras de naranja . 25
1.1.8.2. Unión Europea: Proyecto Lignofood: alimentos funcionales a
partir de residuos vegetales .................................................................................. 25
V
1.1.8.3. España: Uso de subproductos agroalimentarios en la dieta del
ganado …………….. .............................................................................................. 26
1.1.8.4. Colombia: Aprovechamiento de la corteza de naranja para el
desarrollo de productos orientados al food design ............................................... 26
1.1.8.5. España: Planta industrial para obtener bioetanol a partir de
cascara de naranja ................................................................................................ 27
1.1.8.6. Chile: Cáscara de naranja para diseños de moda sustentable 28
1.1.8.7. Colombia: Apósito hidrocoloide a partir de cascara de naranja 28
1.1.8.8. Aprovechamiento de Cáscara de Naranja en Bolivia ................ 29
1.1.9. Usos del Aceite Esencial .................................................................. 30
1.1.10. Usos de la Pectina .......................................................................... 31
1.2.
Síntesis del análisis situacional .............................................................. 32
1.2.1. Diagrama de Ishikawa ...................................................................... 34
1.3.
Objetivos.................................................................................................. 36
1.3.1. Objetivo General ............................................................................... 36
1.3.2. Objetivos Específicos ....................................................................... 36
1.4.
Justificación ............................................................................................. 37
1.4.1. Tecnológica ....................................................................................... 37
1.4.2. Académica ........................................................................................ 37
1.4.3. Ambiental .......................................................................................... 38
1.5.
Alcances y delimitaciones ....................................................................... 39
VI
1.5.1. Alcances ............................................................................................ 39
1.5.2. Delimitaciones ................................................................................... 40
2.
CAPITULO II CARACTERÍSTICAS DEL ACEITE ESENCIAL Y PECTINA
……………… ……………………………………………………………………………………42
2.1.
Aceite Esencial ........................................................................................ 42
2.1.1. Composición ..................................................................................... 44
2.1.2. Clasificación ...................................................................................... 46
2.1.3. Propiedades ...................................................................................... 49
2.1.4. Usos .................................................................................................. 51
2.2.
Pectina ..................................................................................................... 55
2.2.1. Composición ..................................................................................... 56
2.2.2. Clasificación ...................................................................................... 58
2.2.3. Propiedades ...................................................................................... 62
2.2.4. Usos .................................................................................................. 65
2.3.
Métodos para la extracción de aceite esencial y pectina ....................... 68
2.3.1. Para la extracción de aceite esencial ............................................... 68
2.3.1.1. Extracción por prensado ............................................................ 68
2.3.1.2. Procedimiento de la esponja...................................................... 69
2.3.1.3. Procedimientos mecánicos ........................................................ 70
2.3.1.4. Separación de la emulsión......................................................... 76
VII
2.3.1.5. Extracción por disolventes ......................................................... 78
2.3.1.6. Extracción por presión y centrifugación del jugo ....................... 79
2.3.1.7. Extracción por destilación con arrastre de vapor ...................... 80
2.3.2. Para la extracción de Pectina ........................................................... 81
2.4.
3.
Selección del método para la extracción de Aceite esencial y Pectina . 85
CAPITULO III ESTUDIOS PREVIOS Y EXTRACCIÓN EN LABORATORIO
……………………………………………………………………………………89
3.1.
Estudios previos ...................................................................................... 89
3.2.
Ensayos en laboratorio para la extracción de aceite esencial ............... 91
3.2.1. Materiales para la experimentación ................................................. 92
3.2.2. Equipos de Laboratorio..................................................................... 93
3.2.3. Ensayo en laboratorio ....................................................................... 96
3.2.4. Condiciones de experimentación ..................................................... 97
3.2.5. Proceso de extracción por arrastre de vapor ................................... 98
3.2.6. Descripción del proceso ................................................................... 99
3.2.7. Resultados de la experimentación ................................................. 102
3.3.
Ensayos en laboratorio para la extracción de pectina ......................... 108
3.3.1. Materiales para la experimentación ............................................... 108
3.3.2. Equipos para el laboratorio ............................................................. 109
3.3.3. Condiciones de experimentación ................................................... 110
VIII
3.3.4. Proceso de extracción de pectina .................................................. 111
3.3.5. Descripción del proceso ................................................................. 114
3.3.6. Resultados de la experimentación ................................................. 119
3.4.
4.
Síntesis de las experiencias de extracción en laboratorio ................... 121
CAPITULO IV ANALISIS DEL MERCADO .............................................. 124
4.1.
Mercado de Aceite Esencial ................................................................. 124
4.1.1. Situación mundial............................................................................ 124
4.1.2. Exportaciones a nivel mundial ........................................................ 126
4.1.3. Importaciones a nivel mundial ........................................................ 127
4.1.4. Precios internacionales................................................................... 128
4.1.5. Mercado en el Mercosur ................................................................. 129
4.1.6. Precios en el Mercosur ................................................................... 130
4.1.7. Mercado Nacional ........................................................................... 132
4.2.
Pectina ................................................................................................... 133
4.2.1. Situación mundial............................................................................ 133
4.2.2. Precios internacionales................................................................... 135
4.2.3. Mercado nacional............................................................................ 136
4.3.
Proyección de la demanda ................................................................... 138
4.3.1. Para el Aceite Esencial ................................................................... 138
4.3.2. Para la Pectina ................................................................................ 143
IX
4.4.
Análisis de la oferta ............................................................................... 148
4.4.1. Para el Aceite Esencial ................................................................... 148
4.4.2. Para la Pectina ................................................................................ 149
4.5.
5.
Síntesis sobre el mercado .................................................................... 152
CAPÍTULO V INGENIERIA DEL PROYECTO: PLANTA PILOTO .......... 154
5.1.
Análisis de la Materia Prima ................................................................. 154
5.2.
Características del producto ................................................................. 159
5.2.1. Aceite Esencial ............................................................................... 159
5.2.1.1. Aspecto físico ........................................................................... 160
5.2.2. Pectina ............................................................................................ 160
5.2.2.1. Aspecto físico ........................................................................... 161
5.3.
Selección de Tecnología ....................................................................... 162
5.4.
Proceso integral: Prueba Experimental ................................................ 162
5.4.1. Rendimiento experimental del proceso integral ............................. 167
5.4.2. Balance masico ............................................................................... 170
5.4.3. Análisis Fisicoquímicos................................................................... 172
5.4.4. Análisis microbiológicos.................................................................. 173
5.5.
Proceso Integral: Simulación Experimental e Industrial ....................... 175
5.5.1. Simulación experimental................................................................. 175
5.5.2. Simulación Industrial ....................................................................... 177
X
5.6.
Diagrama de flujo del proceso integral a nivel industrial ...................... 179
5.7.
Descripción del proceso integral ........................................................... 181
5.8.
Capacidad de Producción ..................................................................... 185
5.9.
Localización del proyecto ...................................................................... 188
5.10.
Requerimiento de Materia Prima e Insumos .................................... 189
5.11.
Selección de Maquinaria y Equipos .................................................. 190
5.11.1. Extractor de aceites esenciales .................................................... 192
5.11.2. Recirculador de refrigeración ....................................................... 200
5.11.3. Secador de bandejas .................................................................... 201
5.11.4. Balanza electrónica ...................................................................... 202
5.11.5. Balanza de precisión .................................................................... 203
5.11.6. Decantador.................................................................................... 203
5.12.
6.
Disposición en planta ........................................................................ 204
CAPÍTULO VI ANÁLISIS ECONÓMICO .................................................. 211
6.1.
Impacto Económico Ambiental ............................................................. 211
6.2.
Inversión total ........................................................................................ 213
6.2.1. Gastos pre operativos ..................................................................... 213
6.2.2. Adquisición de activo fijo ................................................................ 213
6.3.
Programa de producción ....................................................................... 215
6.4.
Costos operativos.................................................................................. 216
XI
6.4.1. Costo de administración ................................................................. 216
6.4.2. Costo de producción ....................................................................... 216
6.4.2.1. Para el Aceite Esencial ............................................................ 216
6.4.2.2. Para la Pectina ......................................................................... 218
6.5.
Ingresos del proyecto ............................................................................ 219
6.5.1. Precio unitario ................................................................................. 220
6.5.1.1. Para el Aceite Esencial ............................................................ 220
6.5.1.2. Para la pectina ......................................................................... 220
6.6.
Cálculo de indicadores financieros ....................................................... 222
CONCLUSIONES ............................................................................................... 226
RECOMENDACIONES ....................................................................................... 231
BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................... 232
ANEXOS ............................................................................................................. 239
Anexo I: Análisis Fisicoquímico....................................................................... 239
Anexo II: Análisis Microbiológico .................................................................... 242
Anexo III: Registro Sanitario ........................................................................... 243
Anexo IV: Cotizaciones ................................................................................... 246
XII
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1 - Producción de cítricos en Bolivia ......................................................... 12
Tabla 2 - Superficie de producción de Naranja por departamentos .................. 155
Tabla 3 - Producción de Naranja en La Paz ........................................................ 16
Tabla 4 - Análisis de la producción de Naranja .................................................... 17
Tabla 5 - Empresas industrializadoras de Naranja .............................................. 19
Tabla 6 - Producción promedio de residuos de Cáscara de Naranja .................. 20
Tabla 7 - Composición de la Naranja en 100 gramos de Jugo ............................ 23
Tabla 8 - Composición fisicoquímica de la Cáscara de Naranja ......................... 24
Tabla 9 - Importaciones de los tres principales aceites esenciales ..................... 30
Tabla 10 - Importación de Aceites Esenciales de algunos cítricos ..................... 31
Tabla 11 - Importaciones de Pectina en kilogramos por empresa ...................... 32
Tabla 12 - Componentes conocidos presentes en distintos aceites esenciales de
algunas frutas cítricas ....................................................................................................... 45
Tabla 13 - Principales componentes oxigenados del aceite esencial de Naranja
........................................................................................................................................... 49
Tabla 14 - Propiedades físicas de la esencia de Naranja.................................... 50
Tabla 15 - Propiedades de la esencia de Naranja de distintos orígenes ............ 50
Tabla 16 - Comparación de los principales métodos de extracción de aceites
esenciales ......................................................................................................................... 87
Tabla 17 - Origen de la materia prima para experimentación.............................. 92
Tabla 18 - Resultados de Extracción de Aceite Esencial de otras plantas ....... 102
Tabla 19 - Rendimientos teóricos de extracción de aceite esencial del equipo
usado para la extracción................................................................................................. 103
XIII
Tabla 20 - Origen de la Materia para la Extracción de Aceite Esencial ............ 105
Tabla 21 - Resultados obtenidos de la extracción de Aceite Esencial de Naranja
......................................................................................................................................... 105
Tabla 22 - Origen de la Materia Prima para la Obtención de Pectina ............... 108
Tabla 23 - Rendimientos de extracción de Pectina............................................ 119
Tabla 24 - Exportaciones de Aceite Esencial a Nivel Mercosur ........................ 129
Tabla 25 - Importaciones de Aceite Esencial a Nivel Mercosur ........................ 130
Tabla 26 - Precios de Aceite Esencial a Nivel Mercosur ................................... 131
Tabla 27 - Importaciones de Pectina por Empresa ............................................ 136
Tabla 28 - Precios de Pectina en Bolivia por kilogramo .................................... 136
Tabla 29 - Importaciones de Pectina .................................................................. 137
Tabla 30 - Valor de Importaciones de Pectinas ................................................. 137
Tabla 31 - Importaciones de Aceite Esencial ..................................................... 139
Tabla 32 - Modelos matemáticos para la proyección de demanda de aceite
esencial ........................................................................................................................... 140
Tabla 33 - Proyección de la demanda modelo polinómico de grado 3 y 4 ........ 141
Tabla 34 - Demanda de Aceite Esencial proyectada ......................................... 142
Tabla 35 - Importaciones totales de Pectina por empresas del rubro alimenticio
......................................................................................................................................... 144
Tabla 36 - Modelos para la proyección de la demanda de Pectina ................... 145
Tabla 37 - Proyección de la demanda modelo cuadrático y polinómico .......... 146
Tabla 38 - Demanda total proyectada de Pectina .............................................. 147
Tabla 39 - Exportaciones de Aceite Esencial ..................................................... 148
Tabla 40 - Comparación Oferta-Demanda de Aceite Esencial .......................... 149
XIV
Tabla 41 - Oferta total de espesativos y gelificantes ......................................... 150
Tabla 42 - Oferta de Pectina .............................................................................. 151
Tabla 43 - Comparación Oferta – Demanda de Pectina .................................... 151
Tabla 44 - Características de la Naranja ............................................................ 155
Tabla 45 - Variables de control y rendimientos del proceso integral ................. 169
Tabla 46 - Normas para análisis fisicoquímicos para el Aceite Esencial y Pectina
......................................................................................................................................... 172
Tabla 47 - Resultados Análisis Fisicoquímicos para el Aceite Esencial y Pectina
......................................................................................................................................... 173
Tabla 48 - Normas para análisis microbiológicos para el Aceite Esencial ........ 174
Tabla 49 - Resultados de los análisis microbiológicos para el Aceite Esencial 175
Tabla 50 - Rendimientos del proceso integral .................................................... 178
Tabla 51 - Capacidad por unidad de tiempo ...................................................... 187
Tabla 52 - Capacidad de producción.................................................................. 187
Tabla 53 - Requerimiento de Maquinaria y Equipos .......................................... 190
Tabla 54 - Características de los extractores ..................................................... 198
Tabla 55 - Ponderación de la maquinaria para la extracciónde aceites ............ 199
Tabla 56 - Superficies áreas de producción ....................................................... 205
Tabla 57 - Inversión Maquinaria y Equipo de Producción ................................. 214
Tabla 58 - Inversión total del proyecto ............................................................... 215
Tabla 59 - Producción anual estimada del proyecto .......................................... 216
Tabla 60 - Costos de Producción para el Aceite Esencial ................................. 217
Tabla 61 - Costos de Producción para la Pectina .............................................. 218
Tabla 62 - Ingresos Proyectados para el Aceite esencial y la Pectina .............. 221
XV
Tabla 63 - Flujo de caja del proyecto ................................................................. 223
Tabla 64 - Indicadores financieros del proyecto................................................. 224
XVI
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1 - Ilustración de la composición de la Naranja .......................................... 6
Figura 2 - Variedades de Naranja en Bolivia.......................................................... 8
Figura 3 - Principales paises productores de Naranja .......................................... 9
Figura 4 - Principales paises productores de Naranja de Latinoamérica ............ 10
Figura 5 - Superficie, producción y rendimiento de cultivos citricos en Bolivia . 111
Figura 6 - Número de Unidades Productivas (UPA), según departamento......... 13
Figura 7 - Producción de citricos en Bolivia, según macro regiones ................... 14
Figura 8 - Cadena de Derivados de la Naranja .................................................... 21
Figura 9 - Diagrama de Ishikawa .......................................................................... 35
Figura 10 - Usos del Aceite Esencial de Naranja ................................................. 54
Figura 11 - Imagen de la estructura molecular básica de la pectina ................... 57
Figura 12 - Imagen Esterificación de la Pectina ................................................... 57
Figura 13 - Diagrama de la clasificación de la Pectina ........................................ 60
Figura 14 - Usos de la Pectina ............................................................................. 67
Figura 15 - Proceso de extracción de Pectina ..................................................... 83
Figura 16 – Ilustración de las materias primas usadas para la experimentación 91
Figura 17 - Cáscara de Naranja para experimentación ....................................... 93
Figura 18 - Equipo de extracción de aceites en el Laboratorio de Procesos ...... 94
Figura 19 - Componentes del equipo de extracción ............................................ 95
Figura 20 - Laboratorio de Procesos en el Instituto de Investigaciones Industriales
........................................................................................................................................... 97
XVII
Figura 21 - Diagrama del bloques del proceso de extracción de aceites esenciales
con arrastre de vapor ........................................................................................................ 99
Figura 22 - Proceso de extracción por arrastre de vapor de Aceite Esencial en el
Laboratorio ...................................................................................................................... 101
Figura 23 - Rendimientos de Aceite Esencial en función al tratamiento de la
materia prima .................................................................................................................. 107
Figura 24 - Cáscara de Naranja para la extracción de pectina ......................... 109
Figura 25 - Equipos para la extracción de pectina ............................................. 110
Figura 26 - Diagrama de flujo del proceso de extracción de Pectina a partir de
Cáscara de Naranja recolectada .................................................................................... 112
Figura 27 - Diagrama de flujo del proceso de extracción de Pectina a partir de
Cáscara recien pelada .................................................................................................... 113
Figura 28 - Proceso de extracción por hidrolisis acida de Pectina .................... 118
Figura 29 - Pectina resultante en función de la materia prima .......................... 120
Figura 30 - Infografía de los principales paises exportadores al año 2018 ....... 127
Figura 31 - Principales volúmenes de importación ............................................ 128
Figura 32 - Precios promedio en el Mercosur en los últimos cinco años .......... 131
Figura 33 - Tendencia de Importaciones Totales de Aceite Esencial ............... 140
Figura 34 - Tendencia de la Demanda proyectada de Aceite Esencial............. 142
Figura 35 - Tendencia de Importaciones Totales de Pectina ............................ 145
Figura 36 - Tendencia de la demanda proyectada de Pectina .......................... 147
Figura 37 - Partes de la Naranja......................................................................... 156
Figura 38 - Proceso para el análisis de la Naranja ............................................ 156
Figura 39 - Diagrama de operaciones para la caracterización de la Naranja ... 157
Figura 40 - Imagen de la hoja de registro de datos para el análisis de la naranja
......................................................................................................................................... 158
XVIII
Figura 41 - Foto del envase de presentación de Aceite Esencial...................... 160
Figura 42 - Foto del envase de presentación de Pectina .................................. 161
Figura 43 - Diagrama de flujo del proceso integral para la extracción de Aceite
Esencial y Pectina........................................................................................................... 166
Figura 44 - Balance Másico ................................................................................ 171
Figura 45 - Diagrama de flujo del proceso simulado del Proceso Integral ........ 176
Figura 46 - Diagrama de flujo del Proceso Integral ............................................ 179
Figura 47 - Figmay: Extractor por Arrastre de Vapor ......................................... 192
Figura 48 - Ruiyan Machinery: Extractor por Arrastre de Vapor ........................ 193
Figura 49 - Eternal Win: Extractor por Arrastre de Vapor .................................. 194
Figura 50 - Capsucor: Extractor por Arrastre de Vapor ..................................... 195
Figura 51 - Ecirtec: Extractor por Arrastre de Vapor .......................................... 196
Figura 52 - Inoxecu: Extractor por Arrastre de Vapor ........................................ 197
Figura 53 - Julabo: Recirculador de Refrigeración ............................................. 200
Figura 54 - Novalindus: Secador de Bandejas ................................................... 201
Figura 55 - Balanza electrónica industrial .......................................................... 202
Figura 56 - Balanza electrónica de precisión ..................................................... 203
Figura 57 - Embudo decantador ......................................................................... 204
Figura 58 - Identificación de Actividades para el proceso ................................. 206
Figura 59 - Diagrama Punta de Lápiz................................................................. 207
Figura 60 - Diagrama de distribución de áreas .................................................. 208
XIX
RESUMEN
El presente trabajo se orienta a la transformación de los residuos orgánicos que
genera la industrialización de la naranja. Al respecto, existen empresas que generan
volúmenes importantes de cascara de naranja, mismos que aún no están siendo
aprovechados. En este sentido, se ha abordado al análisis desde la cadena de derivados,
la producción mundial, nacional y local, con la cual se complementa el estudio del aceite
esencial y la pectina, considerando las cualidades físicas y químicas, como también las
diferentes operaciones en el proceso de obtención de dichos productos como una
alternativa de dar respuesta a la problemática generada por el proceso de
industrialización de la naranja en Bolivia. Para ello, se engloba el diseño de un proceso
integral para la extracción de aceite esencial y pectina mediante la aplicación del método
de extracción con arrastre de vapor e hidrolisis acida respectivamente. El proceso integral
este compuesto por 15 operaciones, siete para la extracción del aceite esencial que son:
Recepcionado, Lavado, Seleccionado, Picado, Destilado, Condensado y Decantado y
ocho para la extracción de pectina que son: Hidrolisis, Filtrado, Concentrado, Precipitado,
Filtrado, Secado, Molido, Tamizado. La unión de los dos procesos significa una reducción
en las operaciones y el requerimiento de maquinaria, individualmente el proceso de
extracción de aceite esencial tiene siete operaciones y el proceso de la extracción de
pectina tiene doce operaciones, todo ello realizado a nivel de laboratorio y aplicando un
simulador comercial con la finalidad de validar la experimentación en laboratorio. Con
dicha información se escaló el proceso a una tonelada en el simulador comercial,
permitiendo deducir la utilidad y la posibilidad del aprovechamiento de la cascara de
naranja generada por las industrias. Por lo tanto, el proyecto muestra una oportunidad
para incursionar en la actividad industrial utilizando los residuos sólidos como es la
cascara proveniente de la transformación industrial de la naranja, por otro lado, se puede
visualizar un impacto económico para el municipio, toda vez que al dejar de recolectar los
residuos se libera de un costo importante erogado por tonelada en el proceso de
recolección de basura, con lo que el proyecto muestra una contribución a una
problemática ambiental y posibilidad de generar ingreso y empleo.
Palabras clave: Aceite Esencial, Pectina, Proceso Integral, Arrastre de Vapor,
Hidrolisis Acida.
XX
SUMMARY
This work is aimed at the transformation of organic waste generated by the
industrialization of orange. In this regard, there are companies that generate significant
volumes of orange peel, which are not yet being exploited. In this sense, it has addressed
the analysis from the chain of derivatives, the global, national and local production, with
which the study of essential oil and pectin is complemented, considering the physical and
chemical qualities, as well as the different operations in the process of obtaining these
products as an alternative to respond to the problems generated by the process of
industrialization of orange in Bolivia. For this, the design of an integral process for the
extraction of essential oil and pectin is included through the application of the extraction
method with steam drag and acid hydrolysis respectively. The integral process is
composed of 15 operations, seven for the extraction of the essential oil that are:
Reception, Washing, Selected, Chopping, Distillate, Condensate and Decanting and eight
for the extraction of pectin that are: Hydrolysis, Filtering, Concentrate, Precipitate,
Filtering, Drying, Grinding, Sifling. The union of the two processes means a reduction in
operations and the requirement of machinery, individually the essential oil extraction
process has seven operations and the pectin extraction process has twelve operations,
all carried out at laboratory level and applying a commercial simulator in order to validate
laboratory experimentation. With this information, the process was scaled to one ton in the
commercial simulator, allowing to deduce the usefulness and the possibility of the use of
the orange peel generated by the industries. Therefore, the project shows an opportunity
to venture into industrial activity using solid waste such as the shell from the industrial
transformation of orange, on the other hand, an economic impact can be visualized for the
municipality, since by stopping collecting waste it is freed from an important cost disbursed
per ton in the garbage collection process, with which the project shows a contribution to
an environmental problem and possibility of generating income and employment.
Key words: Essential Oil, Pectin, Integral Process, Steam Entrainment, Acid
Hydrolysis.
XXI
INTRODUCCIÓN
El presente trabajo de grado tiene como objetivo principal el diseño de una planta
a escala piloto para la extracción de aceite esencial mediante el método de arrastre de
vapor y pectina mediante el método de hidrolisis acida a partir de la cascara de naranja
para el Instituto de Investigaciones Industriales.
Las estrategias utilizadas para cumplir con el propósito de dicho proyecto son la
recolección y clasificación de la información referente a la extracción de aceites
esenciales mediante arrastre con vapor y la obtención de pectina mediante el método
hidrolisis acida, la selección de la cascara de naranja como materia prima para el proceso
integral, luego el diseño que permitirá la selección de los principales equipos requeridos
para conformar una planta piloto que integre los métodos mencionados en un solo
proceso; posteriormente la realización de pruebas tomando en cuenta ciertas variables
experimentales, las cuales luego de estudiadas llevaran a los valores óptimos de
funcionamiento para así obtener el mayor rendimiento de aceite esencial y pectina.
Con la realización del presente trabajo, se pretende contribuir a fomentar a través
de la investigación el aprovechamiento de nuestros recursos naturales y residuos
naturales que las grandes industrias de nuestro país generan, en cuanto a la producción
de aceites esenciales y pectina se refiere, así como marco referencial a la hora de diseñar,
construir e instalar plantas similares.
En el país son escasos los estudios referentes a la obtención de aceites
esenciales y pectina, además del desarrollo de proyectos sostenibles alrededor de los
mismos.
1
Por ello la perspectiva de iniciar este desafío orientado a el diseño de una planta
piloto que muestre el proceso integral de obtención de aceite esencial y pectina para el
Instituto de Investigaciones Industriales y así anhelar a alcanzar la visión con la cual fue
creada el instituto, donde se disponga de instrumentos que constituyan un centro de
investigación para quienes se inclinan a las plantas, flores y frutos aromáticos.
Para una mayor comprensión de la investigación presentada, se estructurará la
información en seis capítulos. En el primer capítulo se presentará el planteamiento del
problema, describiendo la situación actual y la situación deseada, así como los objetivos
que se persiguen con la investigación. En el capítulo dos se encuentran los fundamentos
teórico necesarios para la comprensión del trabajo. El capítulo tres se describirá las
investigaciones y estudios referentes a los aceites esenciales y pectina, también se
desarrollará la parte experimental del proyecto, se presenta también los resultados
experimentales, así como el análisis y discusión de los mismos los cuales llevaran al
estudio de ciertos aspectos técnicos del proceso. En el capítulo cuatro se presentará un
análisis de mercado situacional del aceite esencial de naranja y de la pectina. En el
capítulo cinco se desarrollará los aspectos técnicos del proceso productivo de la planta
piloto. En el capítulo seis se analizará la viabilidad económica de poner en marcha el
proyecto. Finalmente se presentan las conclusiones y recomendaciones elaboradas para
la culminación de dicha investigación.
2
“EL
CONOCIMIENTO
ES
LA
MEJOR
INVERSIÓN QUE SE PUEDE HACER”
Abraham Lincoln
CAPÍTULO I
GENERALIDADES
3
1.
CAPÍTULO I GENERALIDADES
La naranja es una fruta cítrica consumida en la cotidianidad de los hogares, por
ser una alta fuente de vitamina C. Debido a su variedad y bajo costo es fácil encontrarla
en los diferentes centros de abasto de nuestra ciudad. Crece en los árboles de naranjo
estos no superan los tres o cinco metros de altura. Los productos más populares
derivados de la naranja que se puede encontrar son los jugos naturales o zumos y jugos
con conservantes.
Actualmente lo natural ha tomado mucha relevancia en la industria alimenticia,
hoy en día los productos que tienen mayor aceptación en el mercado son los que
contienen aditivos naturales, esto sobre todo debido a que la conciencia respecto al
consumo de aditivos sintéticos ha ido en aumento y varios estudios revelan que los
aditivos sintéticos son dañinos para la salud y producen una variedad de enfermedades
y reacciones adversas.
La naranja es destinada como insumo para la agroindustria. Es utilizada para
jugos principalmente, cuyo proceso conlleva una generación considerable de residuos
como cascaras, pulpa y semillas, estos residuos se han vuelto una carga para el medio
ambiente. Estos residuos pueden ser empleados para obtener otros productos como el
aceite esencial y la pectina y así incrementar su valor agregado. La pectina y el aceite
esencial se encuentran en gran proporción en la cascara de naranja no así en su pulpa.
En este capítulo se realizará el análisis de la situación de la naranja, desde la
perspectiva de su producción, industrialización y el aprovechamiento de su cadena de
derivados. Para tal efecto se considerará el diagrama de Ishikawa o diagrama de espina,
producto de este análisis se podrá caracterizar e identificar el problema de objeto de
4
estudio y se planteará los objetivos, la justificación, los alcances y delimitaciones del
proyecto.
1.1.
Análisis situacional de la naranja
Según FAUTAPO (2014) los cítricos se originaron hace unos 20 millones de años
en el sudeste asiático, en la zona que abarca desde la vertiente meridional del Himalaya
hasta China meridional, Indochina, Tailandia, Malasia e Indonesia. Actualmente su cultivo
se extiende por la mayor parte de las regiones tropicales y subtropicales. En Bolivia los
cítricos fueron introducidos por los españoles y árabes especialmente los comerciantes
de la época, estos introdujeron a zonas como Tarija, Los Yungas, parte del Chaco
Chuquisaqueño; de ahí se extendió a otros departamentos del país, a nivel comercial se
cultiva en los departamentos de Cochabamba (Chapare) y Santa Cruz (Yapacaní,
Porongo y la Zona Sur de la Chiquitania y otras comunidades.
Los cítricos se cultivan por sus frutos, los cuales son de agradable sabor,
principalmente se consumen como fruta fresca, en forma de jugo y zumo (concentrado,
fresco, pasteurizado, etc.), mermeladas y jaleas.
El nombre científico de la naranja es citrus sinensis de la familia de las rutáceas,
la planta es originaria del sudeste asiático (Pérez Acero, 2000, págs. 265-267)
En realidad, cuando se habla de naranjo se refiere dos especies, muy similares
en la forma, pero muy diferentes en cuanto a su utilización. El naranjo amargo (Citrus
aurantium) y al naranjo dulce (Citrus aurantium variedad sinensis). La naranja como fruto
es una baya especial, formada por una piel externa más o menos gruesa y de color
anaranjado, con abundantes glándulas que contienen un aceite esencial perfumado, y
una parte intermedia adherida a la interior, blanquecina y esponjosa (fibra) (Feliu, 2005)
5
La naranja es una fruta cítrica, comestible, de forma redonda, cascara gruesa y
rugosa y pulpa dividida en gajos, agridulce y muy jugosa.
El naranjo, tanto dulce como amargo, es de la familia de las Rutáceas, genero
Citrus, especie Citrus sinensis. La naranja como todas las frutas cítricas contiene un
cuarenta a cincuenta por ciento de zumo, veinte a cuarenta por ciento de piel y un veinte
a treinta por ciento de pulpa y semillas. Aproximadamente un 90 por ciento de su
contenido es agua con un cinco por ciento de azucares como se presenta en la Figura 1.
Figura 1
Ilustración de la composición de la Naranja
Fuente: Elaborado con base en datos de Espinal, 2005.
1.1.1. Variedades de Naranja
Las variedades de naranja con mayor importancia en producción dentro de
nuestro país son la Washington Navel, Valencia Late, Criolla como este ilustrado en la
Figura 2.
-
Washington Navel: Frutos grandes, esféricos de piel semifina que presentan
ombligos un tanto más grande. Cuanto más grandes y menos finos sean los
frutos, el contenido de semillas dentro de ellos se disminuye. De estas se
distinguen principalmente la variedad de Thomson y Washington. Su
6
comportamiento en zonas cálidas permite cosechas desde fines de diciembre,
ocurriendo una sobre madurez muy rápida. (Agricultura, 2017)
-
Valencin Late: Porte vertical, variedad propia de climas exentos de heladas.
La pulpa el fruto es jugosa acidulada, muy grande, en los frutos maduros es
muy coloradas y la piel de los gajos es coriácea. Los frutos están fuertemente
adheridos al pedúnculo, por lo que no suelen desprenderse por la acción del
viento. Buena productividad y muy buena resistencia al transporte. El periodo
de madurez se ubica entre los meses de septiembre y diciembre. (Agricultura,
2017)
-
Criolla: El naranjo tiene un hermoso porte, con hojas no coriáceas, brillantes
verdosos, las flores son blancas e intensamente aromáticas y aparecen en las
axilas de las hojas. Los frutos presentan en su porción externa, o en su
cascara, marcadas hendiduras, que corresponden a las cavidades que
contienen un aceite esencial, las semillas son ovales y aplastadas, más o
menos angulosas y con uno o varios embriones. Se pueden encontrar plantas
sobresalientes a distintas características deseadas que merecen propagarse
por el injerto con el objeto de conseguir huertos homogéneos. Le
comportamiento de esta variedad bajo injerto y en climas cálidos, puede
comportarse como de maduración temprana, aunque en menor grado que las
navels con la característica de conservar mejor sus índices de acidez y de
azúcar. (Palacios, Citricultura Moderna, 2010)
La variedad más utilizada en la industrialización de la naranja por las empresas
ubicadas en el departamento de La Paz es la criolla, como lo menciona el encargado de
producción de la Compañía de Alimentos Delizia, además indica que ellos procesan 800
kilos de naranjas de esta variedad al día. La naranja criolla es tiene un fruto muy firme,
7
con buena adherencia en el pedúnculo y mantiene estas características en las diferentes
estaciones, tiene un alto contenido en zumo y presenta una excelente calidad gustativa
gracias al contenido en ácido cítrico y azúcares. La pulpa es de color naranja intenso.
Dentro del alcance del proyecto para la experimentación se utilizará esta variedad.
Figura 2
Variedades de Naranja en Bolivia
Fuente: Elaborado con base en datos de FAUTAPO, 2018
1.1.2. Producción a nivel mundial
A nivel mundial la producción de naranja alcanzo a ser de 64.1 millones de
toneladas para el año 2018 no ha sufrido grandes cambios desde el año 2014, siendo
Brasil el principal productor de naranja con una participación de 18.7 millones de
toneladas, es decir el 22,6% del total y Estados Unidos el segundo productor de América
con 11.4 millones de toneladas o 15,6% de la producción mundial. Le siguen en
importancia China, México, España e India, representando en conjunto el 25,98% del total
8
mundial. Estos seis países son responsables por el 64,17% del total. (Palacios,
Citricultura Moderna, 2010)
En el gráfico de barras de la Figura 3 se observa a los principales productores de
Naranja en el mundo. Otros productores merecen mencionarse como Irán, Italia,
Argentina, Egipto y Turquía. Entre los países latinoamericanos que tienen cierta
participación se encuentran Cuba, Perú y Venezuela, Ecuador, Uruguay, Paraguay,
Bolivia, Costa Rica, Guatemala y Chile. Sin embargo, Costa Rica sigue siendo entre los
países latinoamericanos un importante productor y exportador de naranja con gran
potencial de exportación de la fruta especialmente en presentaciones de jugo. (FAO,
2018).
Figura 3
Principales países productores de Naranja en el mundo
Fuente: Adaptado de FAO, 2018
Se observa en el gráfico de barras de la Figura 4, la producción de naranja en el
año 2018 en algunos países latinoamericanos. Costa Rica es el país con mayor
9
producción de naranja con un total de 455.000TM, en comparación de los otros países
representados en la gráfica. Para el caso de Guatemala con una producción de 297.000
TM y Perú con 29.5000 TM se encuentra entre los países que más naranja producen a
nivel de Latinoamérica, sin contar con Brasil que es el primer productor de América,
Estados Unidos que es el segundo, México el tercero y Costa Rica el cuarto. (FAO, 2018)
Figura 4
Principales países productores de Naranja en Latinoamérica
Fuente: Adaptado de FAO, 2018
1.1.3. Producción Nacional
Según la FAO (2018) la producción de frutos cítricos en Bolivia se presenta en
cantidades muy expectables, en especial en lo que se refiere a la naranja que en estos
últimos años a incrementando su producción de forma muy satisfactoria. Además, señala
que este hecho se debe a que tanto en el ámbito nacional, así como en las regiones
tropicales y subtropicales, el plan de Desarrollo Económico y social, que engloba políticas
de Desarrollo Agropecuario y Rural, y en el Proyecto de Desarrollo Alternativo; han
10
impulsado, tanto técnica como económicamente, el crecimiento de los cultivos de frutos
cítricos y otros frutos típicos de la región.
La mandarina y la naranja son los principales cítricos a nivel nacional, durante el
año agrícola 2015-2016 se produjeron 225.712 toneladas métricas de mandarina y
185.093 toneladas métricas de naranja, informó el Instituto Nacional de Estadística. En
nuestro país se cultivan cinco tipos de cítricos, naranja, mandarina, limón, lima y
toronja/pomelo. (Instituto Nacional de Estidistica - INE, 2017)
Figura 5
Superficie, producción y rendimiento de cultivos cítricos en Bolivia
Fuente: Reproducida de Pagina Siete con base en datos del Instituto Nacional de
Estadística y el Ministerio de Desarrollo Rural y Tierras. Año agrícola 2015-2016, datos
preliminares.
11
Como se observa en la tabla 1, se puede apreciar cómo ha ido evolucionando, de
forma creciente, la producción de cítricos en el país.
La producción de naranja en el país ha tenido un incremento sostenible durante
los últimos años, por lo que se hace imprescindible la búsqueda de opciones de
industrialización e incremento de valor agregado para dicho producto como ser la
producción de zumos, producto que en la actualidad es desarrollado en baja escala,
mermeladas, jaleas, concentrados, alimento balanceado, pectinas, esencias o aceites
esenciales, entre otros. (FAO, 2018)
Tabla 1
Producción de cítricos en Bolivia (En miles de toneladas métricas)
Año
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
2013
2014
2015
2016
2017
2018
Pomelo
26
26
27
28
28
29
29
29
30
Mandarina
41
41
29
30
31
40
43
48
48
50
50
48
48
49
Naranja
69
74
76
78
82
84
88
94
92
94
99
101
102
102
Limón - Lima
13
11
56
58
60
55
58
59
60
61
62
61
62
62
Fuente: Adaptado con base en datos del Departamento de información y estadísticas –
FAO, 2018
La producción de cítricos a nivel nacional llega a 220.738 toneladas métricas, de
las cuales 125.989 toneladas métricas (que representa 57.1%) corresponden a la naranja,
12
de acuerdo con los resultados del Censo Agropecuario 2013. (Instituto Nacional de
Estadistica - INE, 2013)
Otro dato mostrado por este censo es que el país cuenta con una superficie de
51.211 hectáreas de cultivos de cítricos, de las cuales 42.2% son de naranja. Según datos
del Censo Agropecuario 2013, en el país se contabilizaron 3.158.246 árboles dispersos
de cítricos: 1.218.460 corresponden a naranjas. En Bolivia existen 43.568 unidades
productivas (UPA), como se muestra en el Figura 6 que cuentan con al menos un cultivo
de cítrico, Cochabamba es el departamento con mayor número de unidades, con 17.727;
le sigue La Paz con 13.809 y Santa Cruz 6.684.
Figura 6
Número de Unidades Productivas (UPA), según departamento, 2013
Fuente: Adaptado con base en datos del Instituto Nacional de Estadística, Censo
Agropecuario 2013
Producción de cítricos en macro regiones: La macro región con mayor
producción de cítricos es Yungas y Chapare, que representa 66,3% del total nacional y
equivale a 146.331 toneladas métricas, le sigue la macro región Chiquitanía y Pantanal
13
con 25,7%, correspondiente a 56.682 toneladas métricas. La naranja registra mayor
producción en la macro región Yungas y Chapare con 108.471 toneladas métricas,
mientras que en la macro región Chiquitanía y Pantanal, la mandarina predomina con
34.549 toneladas métricas. (Instituto Nacional de Estidistica - INE, 2017)
Figura 7
Producción de cítricos en Bolivia, según macro regiones
Fuente: Adaptado con base en datos del Instituto Nacional de Estadística, Censo
Agropecuario 2013
La producción de naranja en el país ha tenido un incremento sostenible durante
los últimos años, por lo que se hace imprescindible la búsqueda de opciones de
industrialización e incremento de valor agregado para dicho producto como ser la
producción de zumos, producto que en la actualidad es desarrollado en baja escala,
mermeladas, jaleas, concentrados, alimento balanceado, pectinas, esencias o aceites
esenciales, entre otros. (FAO, 2018)
14
1.1.4. Producción departamental
La producción de naranja a nivel departamental, según informes estadísticos del
ministerio de agricultura, ganadería y Desarrollo Rural, se detalla a continuación en la
tabla (DNPS-SNAG, 2017)
Como se puede apreciar en la tabla 2, el departamento de La Paz se muestra
como principal productor de naranja en el ámbito nacional con un aporte cerca de la mitad
(49,86%) de la producción total, llegando a alcanzar un rendimiento aproximado de 6267
kilogramos de fruta por hectárea en el año 2017. Por lo tanto, ese departamento es una
de las zonas con mayor producción de cítricos en cuanto se refiere. (FAO, 2018)
Tabla 2
Superficie en hectáreas y toneladas métricas de producción de naranja por
departamentos
Departamento
La Paz
Cochabamba
Chuquisaca
Santa Cruz
Tarija
Beni
Pando
Oruro
Potosi
Total
2014
HAS
TM
6810
45000
2250
19000
1450
9486
1030
8300
425
4600
240
1600
55
330
0
0
0
0
12760
88316
2015
HAS
TM
7145
47000
2800
21000
1470
9600
1140
9400
430
4720
250
1700
55
350
0
0
0
0
12990
93770
2016
HAS
TM
7260
46500
2840
20045
500
9200
1150
9500
540
4900
270
1900
60
390
0
0
0
0
13220
92435
2017
HAS
TM
7750
46668
3258
21990
1634
9720
980
6680
480
6250
270
1950
55
360
0
0
0
0
13727
93638
Fuente: Adaptado con base en datos del Departamento de información y estadísticas –
FAO, 2018
La cosecha de cítricos en el departamento de La Paz, se inicia en el mes de abril
en los lugares bajos y cálidos terminando la misma en el mes de noviembre, obteniéndose
la mayor parte de la cosecha, aproximadamente del 80%, en los meses de junio, julio,
15
agosto. En cuanto a calidad se refiere, una alta producción de cítricos obtenidos en los
Yungas es de buena calidad para la elaboración de jugos, pero de baja calidad para su
consumo como fruta fresca a nivel exportación. (FAO, 2018)
La Paz cuenta con una producción de cítricos que es uno de los cultivos de mayor
importancia económica en la zona subtropical de los Yungas, las condiciones de la zona
permiten la producción de la fruta de calidad y ofrece un buen potencial para la
exportación.
Tabla 3
Producción de Naranja en La Paz
Año
2010
2011
2012
2013
2014
2015
2016
2017
2018
2019
2020
Producción en
Toneladas Métricas
67448
67476
68328
73480
71803
72387
70068
73469
74604
74955
74340
Fuente: Adaptado con base en datos del Instituto Nacional de Estadística, Censo
Agropecuario 2013
Pese a que los Yungas es una de las macro regiones de mayor producción de
naranja en el país podemos ver de acuerdo a la Tabla 3 que también presentó caídas
productivas durante el año 2016 pero a partir de ese año se recuperó la producción en el
departamento, pero eso no significó la puesta en marcha de plantas aprovechadoras de
su cáscara u otro subproducto.
16
La naranja se constituye en uno de los frutos con mayor producción en el
departamento de La Paz después del plátano y antes de la mandarina, esto significa una
oportunidad aprovechable para su industrialización, y también su exportación. El
incremento en la producción de naranja también significa una mayor posibilidad para el
aprovechamiento de su principal residuo, su cáscara.
Tabla 4
Análisis de la producción de naranja
Cultivo
Naranja
Superficie Cultivada
Tasa de
Superficie
Crecimiento
(Ha)
(Ha/año)
7590
0,13
Volumen Producción
Tasa de
Producción
crecimiento
(Tm)
(Tm/año)
56000
7,59
Rendimientos
Tasa de
Rendimiento
crecimiento
(Kg/Ha)
(Kg/Ha*año)
7378
7,45
Fuente: Elaborado con base en datos del INE, 2020
1.1.5. Industrialización
La industria de jugos de cítricos en especial de la naranja ha crecido mucho en
todo el mundo. En nuestro país la demanda de jugos y zumos naturales se ha
incrementado, debido a que los consumidores prefieren jugos naturales, y los zumos
concentrados de naranja son la materia prima para otros tipos de bebidas.
Varias empresas privadas en el país llevan adelante el trabajo de industrialización
de frutas cítricas como ser la naranja, esto para darle un valor agregado aprovechando
toda la fruta para darle diferentes usos.
En Santa Cruz existen dos empresas que llevan adelante este tipo de trabajo una
de ellas ya tiene mercados de exportación y la otra solo cubre el mercado interno, pero
está realizando todos los trámites para poder sacar su producto al mercado internacional.
17
La empresa Santa María, cuenta con unas 280 hectáreas de producción de naranjas, la
misma que utiliza para convertirlas en jugo y abastecer el mercado local. Totaí Citrus
exporta sus productos, hace una producción de limón para la exportación, y hoy en día
cuenta con 1.800 hectáreas cultivadas las mismas que se encuentran en el municipio de
Cuatro Cañadas. (Ruiz, 2017)
Delizia adquirirá hasta ocho millones de naranjas anualmente; sin embargo, este
año, debido a problemas de producción, sólo entregarán 6,5 millones de frutos. Lo que
significa un alto nivel de industrialización de la naranja y al mismo tiempo la misma
cantidad generada de residuos (Cascara de Naranja). (Página Siete, 2016)
En una entrevista personal con el encargado de la producción en la planta de
Delizia, se brindó la información de que al día se procesan 800 kilos de naranja para la
elaboración de los jugos.
La Empresa Boliviana de Alimentos en su planta de cítricos de Villa 14 de
septiembre procesó 1,2 millones de litros de jugo de frutas y otros, habiendo
incrementado el procesamiento en 229% con relación al año anterior. (eabolivia.com,
2017)
Sin embargo, no son las únicas empresas que se dedican a la industrialización de
la naranja, pero si son las más representativas. En el país también existen medianas y
pequeñas empresas que producen jugos de frutas a partir de cítricos, sin embargo, es
difícil mencionarlas a todas. En la tabla 5 se muestran a algunas de ellas, su rubro y su
localización.
18
Tabla 5
Empresas industrializadoras de Naranja
Empresa
Rubro
Localización
Escarcha
Elaboración de jugos de fruta, jugos de durazno, jugos de
naranja, jugos de cereza.
Cochabamba
Productos Quid
Produccion de jugos naturales de 8 sabores distintos,
entre los cuales se encuentra el jugo de naranja
Tarija
Rama SRL
Embotelladora de agua y productora de jugos naturales
La Paz
Egal Ltda.
Producción de bebidas carbonatadas, jugos y aguas
naturales.
La Paz
Mi Llajta
Elaboración de jugos naturales sin azucar con stevia, sin
aditivos ni conservantes químicos.
Cochabamba
NEC-FRUT
Producción y comercializacón de pulpas de frutas,
nectares concentrados y nectares 100% natural y jugos.
Santa Cruz
Madidi A.I.E.
Elaboración de jugos y gaseosas.
La Paz
Corporacion
Boliviana de Bebidas
S.A.
Produccion de jugos y gaseosas ademas de envasar
franquicias como ser Pepsi Cola.
Cochabamba
K-lidering SRL
Producción de jugos naturales
Cochabamba
Inalbes
Producción de bebidas refrescantes
La Paz
Productos SOL
Elaboración de yogurt frutado, flan, gelatina, jugos
naturales.
Tarija
Productos
DESERET
Producción de refrescos y jugos naturales
Oruro
Cristal
Producción de aguas, jugos y venta de maetria prima
reciclada de PET
Cochabamba
Catuformes
Purificacion y embotellado de agua y elaboracion de
jugos naturales isotrónicos
La Paz
Ricafrut
Produccion de jugos y extractos naturales de frutas
Santa Cruz
Al Natural
Elaboración de productos alimenticios nutritivos y
naturales sin consevantes
Potosi
Embotelladora
Campos
Purifación y tratado de agua, como tambien la
elaboracion de jugos en diferentes presentaciones.
La Paz
Fuente: Elaborado con base en datos recopilados del directorio empresarial del Grupo
Rimont. 2018
19
Más allá de saber los volúmenes de producción e industrialización de la naranja
en el departamento de La Paz, es necesario saber los volúmenes de producción de
residuos de cascara de naranja que generan las distintas empresas, que utilizan este
fruto en sus respectivos procesos productivos. Algunos datos que fueron posibles
recolectar son presentados en la tabla 6:
Tabla 6
Producción promedio de residuos de cascara de naranja
Empresa
Residuos de Cascara de Naranja
(Kg/día)
Compañía de Alimentos Ltda.
1200
Pil Andina
500
Fuente: Reproducido de Burgos, 2015
La agro industrialización de la naranja se concentra principalmente en la
producción de jugos. Durante este proceso, entre el 23 y 40% en peso de la fruta se
obtienen como desecho principal, generando un problema ambiental en la disposición de
los mismos. Una parte de estos desechos de cascaras de naranja tienen compuestos
como los aceites esenciales y las pectinas que pueden ser aprovechados para generar
un mayor valor agregado al proceso. (Marulanda P., 2001)
1.1.6. Cadena de derivados
Si bien la agro industrialización de la naranja se concentra principalmente en la
producción de jugos, cuyo proceso conlleva una generación considerable de desechos
como cascaras, pulpa y semillas, que se han vuelto una carga sustancial para el medio
20
ambiente. Sin embargo, no son los jugos los únicos derivados de la naranja, a
continuación, se muestra la cadena de derivados de la naranja.
Figura 8
Diagrama de la cadena de derivados de la Naranja
Fuente: Elaborado con base en datos e imágenes recopiladas, 2022
Como se ve en la infografía de la Figura 8, se puede emplear las diferentes partes
de la naranja, buscando así incrementar su valor agregado en su proceso de su
industrialización y al mismo tiempo de disminuir el impacto ambiental que los residuos de
21
estos producen. Se evidencia también que a partir de la cáscara de naranja se puede
producir aceite esencial y pectina, que son los de interés para el proyecto.
A pesar de existir empresas dedicadas a la industrialización de la naranja en
Bolivia, aún no han consolidado actividades complementarias para aprovechar los
residuos de esta, especialmente la cascara de naranja. En la actualidad dichos residuos
son utilizados como parte del alimento del ganado lechero debido a las propiedades de
la cáscara y bagazo de naranja para estimular la producción de leche en las vacas, por
lo que el aprovechamiento de este subproducto se limita a eso, no se valoriza su cadena
de derivados.
Según Moncayo (2018) los residuos agronómicos que hace unos años se
consideraban desperdicios; en la actualidad se han convertido en la materia prima de
varios sectores industriales.
Basado en lo investigado es evidente que se puede dar valor agregado a los
residuos de la cáscara de naranja, para el proyecto se busca dar valor a la cascara
utilizándola como materia prima del proceso integral para la extracción de aceite esencial
y pectina.
1.1.7. Composición de la cáscara de naranja
La naranja es una de las frutas más populares y saludables del mundo. Tiene un
alto contenido de vitamina C. Su sabor es destacado por su acidez y dulzura. La naranja
tiene diferentes elementos, en su jugo se puede encontrar el detalle en la tabla 8, que
evidencia la importancia nutricional de este fruto. Los más resaltantes son la vitamina C,
la vitamina A, el potasio y el ácido cítrico.
22
Tabla 7
Composición de la Naranja en 100 gramos de Jugo
Elemento
Agua
Proteinas
Lipidos
Carbohidratos
Calorias
Vitamina A
Vitamina B1
Vitamina B2
Vitamina B6
Acido Nicotínico
Acido Pantoténico
Vitamina C
Acido Cítrico
Acido Oxálico
Sodio
Potasio
Calcio
Magnesio
Manganeso
Hierro
Cobre
Fosforo
Azufre
Cloro
Valor
87,1
1
0,2
12,2
49
200
0,1
0,03
0,03
0,2
0,2
50
980
24
0,3
170
41
10
0,02
0,4
0,07
23
8
4
Medida
gr
gr
gr
gr
Kcal
U.I.
mg
mg
mg
mg
mg
mg
mg
mg
mg
mg
mg
mg
mg
mg
mg
mg
mg
mg
Fuente: Reproducido de Estudio de las propiedades de la Naranja (p. 120) por la
Universidad Señor de Sipán.
En la tabla 8 se puede observar las características y la composición fisicoquímica
aproximada de la cáscara de naranja. Para analizar su composición se la realiza con
materia seca (DM).
23
Tabla 8
Composición fisicoquímica de la cascara de naranja
Parámetro
Sólidos Solubles (°Brix)
pH
Total de acidez (g de ácido cítrico/100 ml)
Índice de formol
Humedad %
Grasa % (DM)
Ceniza % (DM)
Proteína % (DM)
Carbohidratos % (DM)
Fibra Soluble % (DM)
Azucares Neutrales
Ácido uronico
Lignina
Pectina % (DM)
Valor
7,10 ± 1,20
3,93 ± 0,03
0,29 ± 0,03
34 ± 2,40
85,9 ± 1,60
1,55 ± 0,17
3,29 ± 0,19
6,16 ± 0,23
89,0 ± 1,10
3,80 ± 0,30
7,10 ± 0,90
3,20 ± 0,40
17 ± 5,00
Fuente: Reproducido de Espinal, 2005
De lo reportado por Espinal (2005) a partir del análisis fisicoquímico que realiza a
la cascara de naranja como se observa en la tabla 8, de nuestro interés destacamos que
la cáscara de naranja contiene 1,5% en peso de aceite esencial y 17% de pectina
aproximadamente. De tal información podemos suponer que, si hablamos de 1000
gramos de cáscara de naranja, se podría llegar a extraer hasta 15 gramos de aceite
esencial y 170 gramos de pectina.
1.1.8. Aprovechamiento de la Cáscara de Naranja en otros países
Los residuos agronómicos que hace unos años se consideraban desperdicios; en
la actualidad se han convertido en la materia prima de varios sectores industriales.
Aunque por el momento se requiere de técnicas más o menos complejas para obtener
24
compuestos bioactivos y elaborar productos útiles de los residuos agronómicos, se
espera que se genere conocimiento para que la población pueda tratarlos directamente,
logrando así un uso integral de los recursos naturales. Esta revisión abre un panorama
de ideas para la investigación científica en materia del aprovechamiento de residuos
agronómicos. (Moncayo Luján, Reyes Munguía, & Carrillo Inungaray, 2018)
1.1.8.1.
Brasil: Plástico biodegradable hecho de cáscaras de
naranja
James Clark, profesor de biología en la Universidad de York, desarrolló un
bioplástico con la piel de naranja. Esta nueva tecnología se basa en el uso de microondas
de gran potencia que transforman el material de origen vegetal, rompiendo las moléculas
de celulosa produciendo gases, que licuados pueden utilizar las propiedades de algunas
moléculas vegetales esenciales para fabricar plástico. Según James Clark, se fijaron en
la piel de la naranja debido a que hay más 8 millones de toneladas de residuos de
cáscaras de naranja en Brasil producidos por la industria alimentaria del zumo de frutas.
Por cada naranja que se exprime para hacer zumo, aproximadamente la mitad de ella se
desperdicia. (Conciencia Eco, 2016)
1.1.8.2.
Unión
Europea:
Proyecto
Lignofood:
alimentos
funcionales a partir de residuos vegetales
Con el incremento de la cultura saludable en la sociedad europea, el mercado de
los componentes prebióticos (sustancias no digeribles que benefician el organismo) y
alimentos funcionales se ha visto en constante crecimiento. Mediante la incorporación de
elementos probióticos procedentes de residuos vegetales desechados por la industria, el
proyecto Lignofood busca desarrollar alimentos funcionales que permitan mejorar las
25
funciones del organismo, y así reducir los factores de riesgos que puedan generar
enfermedades en el futuro. El proyecto Lignofood investiga el desarrollo de alimentos
funcionales mediante la incorporación de ingredientes alimentarios saludables,
procedentes de la valorización de subproductos agrícolas, en este caso, de la
lignocelulosa (celulosa, hemicelulosa y lignina), presente en algunos residuos vegetales
que la industria deshecha. (Lignofood, 2018)
1.1.8.3.
España: Uso de subproductos agroalimentarios en la
dieta del ganado
Este estudio está dirigido a determinar los subproductos que se originan en
industrias agroalimentarias de la provincia de Huelva, en España, donde la investigación
arrojó datos del volumen de producción, importancia económica y calendario de
producción. La industria del zumo de naranja ha desarrollado un subproducto procedente
de los residuos generados en su producción: la corteza de naranja desecada y peletizada,
en el ganado caprino lechero. El objetivo de este estudio es mejorar la sostenibilidad del
sistema productivo caprino intensivo mediante el conocimiento del potencial de ingesta,
el valor nutritivo de la piel de naranja peletizada y su efecto sobre la producción de leche,
el crecimiento animal y la calidad de los productos obtenidos (Conciencia Eco, 2016).
1.1.8.4.
Colombia: Aprovechamiento de la corteza de naranja
para el desarrollo de productos orientados al food design
Desarrollo de productos orientados al Food design. Se tuvo en cuenta la
problemática involucrada y la justificación de cada etapa en que el diseñador industrial
intervino para asegurar la importancia, pertinencia, innovación y aporte del
aprovechamiento de cortezas de naranja como insumo de diseño. Se obtuvo un producto
26
100% natural y versátil, para ser utilizado en diversos campos gastronómicos, con un
proceso cuidadoso en buenas prácticas para el medio ambiente. Cada producto
desarrollado en la línea de productos es pensado con materiales y procesos amigables
con el medio ambiente, generando así para el proyecto mejores resultados y aceptación
por parte del mercado al que va dirigido, además de ofrecer propuestas diferenciadoras
e innovadoras a partir de un residuo que actualmente es ignorado por la sociedad.
(Giraldo Mejia, 2016)
1.1.8.5.
España: Planta industrial para obtener bioetanol a partir
de cascara de naranja
Una empresa de reciente creación construirá próximamente en la población de
Silla (Valencia) una planta industrial que reutiliza cáscaras de naranjas para obtener
nuevos productos como el bioetanol. La Universidad Politécnica de Valencia, a través del
IIAD, ha desarrollado la tecnología necesaria para poner en marcha este proyecto pionero
en el mundo.
En una planta de zumos cítricos, por cada tonelada de naranja, la mitad se
convierte en zumo y el restante 50% es subproducto o residuo (corteza, semillas y pulpa).
Actualmente, se utiliza parte como alimento de ganado, pero su rápida fermentación lo
convierte en un problema medioambiental. En cualquier caso, debido a su elevado
contenido en humedad, el transporte de los residuos resulta muy costoso, además de
suponer un problema logístico. (RUVID, 2018)
27
1.1.8.6.
Chile: Cáscara de naranja para diseños de moda
sustentable
El descarte de las naranjas, por ejemplo, después de usarlas para jugo, puede
transformarse en hilado de bajo impacto ambiental con propiedades semejantes a la
seda. Esto es posible gracias a una innovadora tecnología “made in Italy”, desarrollada
por la compañía siciliana Orange Fiber en colaboración con el Politécnico de Milán.
Para esto el proyecto se encuentra entre los protagonistas del “Circular
Bioeconomy Arena Meeting”, la iniciativa promovida por el grupo nacional de química
“verde” Spring con Assobiotec y el Gruppo Intesa Sanpaolo, con el objetivo de reunir
empresas y proyectos innovadores en busca de capital con inversores financieros y
corporativos de todo el mundo.
A partir de un proceso químico que permite trabajar los descartes directamente en
la empresa que hace los exprimidos, obteniendo una celulosa purificada adecuada para
el hilado. El tejido tiene una consistencia semejante a la de la seda y la viscosa: como
estos dos materiales, puede ser teñido y estampado, e incluso elastizado como el jersey.
(SimFRUIT, 2018)
1.1.8.7.
Colombia: Apósito hidrocoloide a partir de cascara de
naranja
El proyecto fue finalista en el Concurso Nacional de Innovación de Dispositivos
Médicos. Para la producción se pasa la cáscara por un proceso de desinfección, la
cortamos y secamos para realizar una molienda y un tamizado, finalmente pasamos el
polvo a un proceso físico y como resultado final, se tiene una laminilla de gel, un apósito
que se coloca sobre la herida. Con la elaboración de este apósito hidrocoloide, se agiliza
28
la cicatrización de las heridas, de ocho a dos días, gracias a la pectina de las cáscaras
de naranja, cuya función es absorber humedad y formar geles. La investigación se
desarrolló desde el 2016 en los laboratorios de Tecnoparque con aprendices del Centro
de Formación de Talento Humano en Salud. (Tibocha & Camacho, 2018)
1.1.8.8.
Aprovechamiento de Cáscara de Naranja en Bolivia
En el departamento de Santa Cruz, esta Totaí Citrus S.A. empresa pionera en la
siembra, producción y procesamiento de cítricos. Su principal producto el limón y jugo de
este, está en proceso de implementar plantas que además produzcan aceite esencial,
pectina y cáscara deshidratada y así realizar el aprovechamiento integral del fruto.
En la actualidad en la ciudad de La Paz se tienen grandes cantidades de cascara
de naranja a causa de los constantes desperdicios que generan las empresas que utilizan
este fruto para desarrollar sus propias actividades, ya sean en jugos, yogures,
mermeladas entre otros.
De estos residuos es posible extraer aceite esencial y pectina, productos que son
muy utilizados en la industria alimentaria, farmacéutica y de cosméticos entre otros, y que
hoy en día en nuestro país carece de producción industrial.
En el departamento de La Paz no existe empresas dedicadas al aprovechamiento
de la cáscara de naranja a escala industrial, generalmente se desecha este residuo
orgánico o también se o utiliza como parte del alimento del ganado lechero debido a que
parte de las propiedades de la cáscara y bagazo de naranja es el de estimular la
producción de leche en las vacas, por lo que el aprovechamiento de este subproducto se
limita a simplemente eso.
29
1.1.9. Usos del Aceite Esencial
El aceite esencial de naranja es un antidepresivo, sedante, los aromaterapeutas
creen que este aroma ayuda a mejorar la comunicación y es muy efectivo en contra de la
celulitis, porque ayuda a activar la circulación. (Fowler, 1998)
Se utiliza en la industria de fármacos y como cosméticos porque limpia y revive la
piel opaca, ayudando la eliminación de excesos de fluidos y toxinas, también es usado
por sus propiedades germicidas, antioxidantes y anticancerígenas en la producción de
fármacos. (Lawless, 1995)
Los principales consumidores mundiales de los aceites esenciales de cítricos son
la comunidad de Estados Europeos, en primer lugar y luego Estados Unidos. En la tabla
9 se detallan las compras de los mayores importadores europeos hasta el año 2017 y en
la tabla 10 de Estados Unidos. En lo que se refiere al mercado Sudamericano, la industria
chilena se ha convertido en un mercado potencial para la comercialización de los aceites
esenciales, esto sin obviar el creciente mercado peruano. (DNPS-SNAG, 2017)
Tabla 9
Importaciones de los tres principales aceites esenciales por países europeos en
toneladas métricas
País
Aceite de Naranja
Bélgica/Luxemburgo
45-50
Francia
875-900
Alemania
1800-1850
Italia
250-275
Holanda
1200-1250
España
250
Suiza
400
Reino Unido
800-825
Aceite de Lima
5
10-20
20-30
<10
30-40
<10
10
60-70
Aceite de Limón
20
30-40
140-150
50
50-60
30-40
60-70
300-325
Fuente: Reproducido de DNPS-SNAG, 2017
30
Tabla 10
Importación por Estados Unidos de Aceites Esenciales de algunos cítricos en toneladas
métricas
Año
2013
2014
2015
2016
2017
Naranja
2254
2113
1877
4372
3167
Limón
861
320
446
746
620
Lima
641
531
324
614
539
Fuente: Reproducido de DNPS-SNAG, 2017
1.1.10. Usos de la Pectina
Las pectinas, son compuestos importantes de la pared celular de las plantas que
actúan como material fortalecedor de la pared celulósica. La pectina es un polímero con
cadenas de 300 a 1000 unidades de α-ácido galacturónico, con un numero variado de
grupos metilester y tienen aplicación en la industria de alimentos por sus propiedades
espesantes, estabilizantes y gelificantes para la fabricación de néctares, mermeladas y
confituras. En la producción de jugos naturales aumenta la estabilidad de la turbidez y
viscosidad de productos a base de tomate. (Willats, Knox, & Dalgaard Mikkelsen, 2006)
En el listado de tablas 11 se muestran las empresas, que están dedicadas a la
importación de pectina que es destinada principalmente para la producción de productos
alimenticios, las mismas se detallan a partir del año 2010 hasta el año 2014, siendo todos
los datos expuestos y consolidades hasta la fecha. Considerando que no se logró
encontrar información actualizada. Se puede observar en la tabla 11 las importaciones de
pectina que realizan diferentes empresas, siendo estas las que mayor volumen de pectina
importan.
31
Tabla 11
Importaciones de Pectina en kilogramos por empresa
Importador
Peso Bruto
Pil Andina
3061,50
Quimica Anders Ltda.
1321,40
Maprial SRL
895,00
Sameq SRL
535,00
Peso Neto
2800,00
1300,00
850,00
5,35
Precio ($)
40038,70
14582,00
17913,80
27,50
Precio (Bs)
280270,90
102074,00
125396,60
192,50
País Origen
México
Brasil
Suiza
Estados Unidos
Fuente: Elaborado con base en datos de la Aduana Nacional de Bolivia, 2015
1.2.
Síntesis del análisis situacional
El mercado mundial de los aceites esenciales, en crecimiento constante, genera
una continua renovación de la tecnología empleada para obtener estos productos. A su
vez, incentiva la optimización de los equipos usados diariamente, para aumentar su
rentabilidad y eficiencia. El proceso para obtener los aceites esenciales, por arrastre con
vapor usado desde la antigüedad hasta el presente, ha demostrado su cualidad de ser
amigo del medio ambiente, gracias al mínimo impacto generado; contribuir a cerrar el
ciclo de producción-consumo de materiales renovables en nuestro planeta y por el uso
del agua, como insumo del proceso. Además, al requerir materias primas renovables,
contribuye al desarrollo sostenible de zonas con un menor nivel de industrialización, pero
con una alta disponibilidad de mano de obra y una gran biodiversidad del material vegetal,
el cual favorece a un mayor crecimiento económico. (Cerpa, 2007)
La producción de frutos cítricos en nuestro país ha tomado una relevante
importancia debido a que los últimos años la producción de esta fruta se vio incrementada
de manera muy significativa, siendo el departamento de La Paz el principal contribuyente
en este ascenso. En cuanto se refiere a la demanda, el incremento del consumo de esta
fruta ha ido en aumento de manera proporcional a su oferta, siendo esta consumida ya
32
sea en zumos, jugos (naturales o industrializados), jaleas, mermeladas o de forma
natural.” (Agricultura, 2017)
Bolivia es un país en vías de desarrollo, que tiene una limitada evolución tanto
industrial, tecnología y económica. En la actualidad en la ciudad de La Paz se tiene
grandes cantidades de cascara de naranja a causa de los constantes desperdicios que
generan las empresas que utilizan este fruto para desarrollar sus propias actividades.
A parte de la generosidad que ofrece esta fruta, en cuanto a su contenido de
vitamina C y al sabor de la naranja como tal, el tema de la industrialización de la misma
ha sido dejada de lado, con excepción de contadas empresas dedicadas a la producción
de jugos críticos, siendo aún más ignorados todavía, el campo de los subproductos que
la industrialización de esta puede ofrecer, como es el caso de la extracción del aceite
esencial contenido en pequeñas capsulas dentro de sus cascaras” (Agricultura, 2017)
De sus residuos es posible extraer también “pectina”, que es un polímero muy
utilizado en la Industria alimentaria, farmacéutica y de cosméticas entre otros y que hoy
en día en nuestro país carece de producción industrial. El uso de la pectina está enfocado
principalmente a la industria de alimentos para la producción de mermeladas, dulces,
postres, helados, entre otros, pero esta es importada en su mayoría de distintos países
como por ejemplo México generando altos costos por concepto de importación. Este
producto tiene un alto valor comercial a pesar de que a nivel industrial proviene de
desechos o productos subvalorados como en este caso de cascaras de naranja.
Aunque no hay producción de especies aromáticas y pectinas en nuestro país,
muchas de las que los comercializan con aromas, sabores y farmoquímicos, incorporan
a los productos, en algunos casos semielaborado, aceites, polvos, extractos entre otros;
33
previéndose un constante crecimiento de este mercado; esta circunstancia abre un amplio
y creciente campo para la formación de pequeñas industrias de producción y
comercialización de especies aromáticas, por lo tanto en busca de alternativas
tecnológicas, se plantea el diseño de una planta piloto para la obtención de aceites
esenciales y pectina, usando como técnica la destilación por arrastre de vapor e hidrolisis
acida, respectivamente; el cual permitirá profundizar en diversas áreas de investigación;
así como el desarrollo alternativas de optimización en el proceso de producción integral
de los productos mencionados.
1.2.1. Diagrama de Ishikawa
La falta del desarrollo de la industria Bolivia como la obsoleta tecnología lleva a
que Bolivia no tiene producción en aceites esenciales y pectina ya que los mismos son
importados de países como Chile México y España entre otros.
La industria boliviana de aceites esenciales y pectina es reducida debido a varios
factores como la calidad, producción, y el costo del mismo lo que las empresas que
adquieren los aceites esenciales y pectina analizan el mismo viéndolo como prioridad al
momento de comprar los mismos.
Debido a que en Bolivia la producción de aceite esencial es baja y la producción
de pectina es casi inexistente, se llega a un punto en que las empresas que necesitan
aceite esencial y pectina como parte de las materias primas o insumos necesarios para
su proceso tengan que importarlas para satisfacer su demanda.
A pesar de que nuestro país dispone de materia prima por poseer una variedad
de flora y frutos cítricos que puede servir como fuente básica para la producción de
aceites esenciales y pectina, no se está aprovechando este potencial; ya que no se
34
cuenta con laboratorios, incluso industrias que ensayen sobre procesos de extracción de
aceites esenciales y que a futuro cubran la demanda para el mercado nacional. Y la
industria de producción de pectinas en nuestro país está muy poco desarrollada. Los
residuos de la naranja generados por las grandes industrias del país se volvieron en una
carga para estas, al no poder encontrarle un uso especifico o algún tratamiento para su
aprovechamiento. En la figura 9 vemos el Diagrama de Ishikawa o diagrama de pescado
donde sintetizamos los componentes principales del problema.
Figura 9
Diagrama de Ishikawa
Basados en el diagrama surge la pregunta: ¿Se puede dar mayor valor agregado
a la naranja a través del aprovechamiento de su cascara al obtener aceites esencial y
pectina en un proceso integral para el Instituto de Investigaciones Industriales?
35
Con el proyecto se plantea poder disponer de una planta piloto que permita
obtener aceite esencial y pectina a partir de cáscara de naranja, y que pueda ser instalada
e incorporada a mediano o largo plazo esta importante tecnología no tan solo en el ámbito
académico del Instituto de Investigaciones Industriales sino también a nivel industrial en
el país, además entre otras cosas ofrecer a través de los productos obtenidos en la planta
sean productos competitivos en el mercado y sobre todo que permitan contribuir a la
economía nacional y regional. Aplicar las soluciones planteadas por el proyecto para la
producción de aceites esencial y pectina en Bolivia a partir de residuos cítricos en un
proceso integral que aproveche toda la cadena de derivados de la naranja.
1.3.
Objetivos
1.3.1. Objetivo General
Diseñar una planta a escala piloto para la extracción de aceite esencial y pectina
aplicando el método de arrastre con vapor e hidrolisis acida respectivamente a partir de
la cascara de naranja dando valor agregado a este residuo.
1.3.2. Objetivos Específicos
•
Determinar la composición de la naranja
•
Ensayar individualmente el proceso de extracción por arrastre de vapor e
hidrolisis acida
•
Determinar el rendimiento de producción del aceite esencial y pectina en el
proceso integral.
•
Identificar las características del aceite esencial y de la pectina obtenidos
•
Desarrollar el proceso tecnológico para la transformación de la cascara de
naranja en aceite esencial y pectina.
36
•
Cuantificar la inversión del proyecto
•
Determinar el impacto económico del desecho de este residuo
1.4.
Justificación
1.4.1. Tecnológica
El proyecto de investigación proporcionara datos de nivel laboratorio que podrán
ser aplicados posteriormente en el diseño de una planta piloto para la extracción de aceite
y obtención de pectina a partir de la cascara de naranja. Esta a su vez generara el
fortalecimiento tecnológico del Instituto de Investigaciones Industriales.
Al proponer el aprovechamiento de la cascará de naranja en un proceso integral,
se incentivará la producción agrícola y el consumo consciente de la naranja y de otros
frutos cítricos, como el limón, pomelo, lima, mandarina, entre otras cuyas cascaras
pueden ser aprovechadas de igual manera para la extracción de aceites esenciales de
cítricos y obtención de pectina.
1.4.2. Académica
La metodología que se utilizara en el proyecto es la investigación por el Método
Inductivo. El proyecto se constituirá en un nuevo instrumento para la recolección y análisis
de datos referentes a la obtención de aceites esenciales y pectina de frutas cítricas. El
proyecto ayudara a la definición de conceptos específicos sobre este nuevo proceso
integral.
Para la propuesta de diseño de una planta piloto para la obtención de aceites
esenciales y pectina a partir de los residuos de cascara de naranja, es necesario la
descripción de diferentes aspectos como el diseño de plantas industriales y el proceso
37
productivo como tal para que el diseño sea efectivo. Las conclusiones que se obtengan
de este proyecto pueden servir como base para explicaciones posteriores a realidades
parecidas donde se pueda aplicar este proceso integral.
1.4.3. Ambiental
El proyecto coadyuvara de manera directa con la Gestión Medio Ambiental de
cada una de las empresas que utilizan la naranja como materia prima o insumo,
reduciendo en gran medida los desperdicios que estas industrias producen a diario en
sus respectivos procesos productivos, también ayudara a el aprovechamiento de los
residuos generados por los comerciantes minoristas de jugo de frutas.
Las empresas que utilizan la naranja para realizar sus distintos procesos
productivos generan grandes cantidades de residuos (cascaras), que se convierten en un
problema sanitario y son pocas veces reciclados para obtener sub productos de estos
desechos. El proyecto pretende dar una alternativa de solución a los problemas que se
presentan en las empresas que generan residuos o desperdicios a partir de la naranja,
ya que estas representan un gasto, esta premisa otorga un área de investigación amplia,
en el cual se estudia otros usos y aplicaciones para estos desechos, que a su vez
permitan aprovecharlos de manera óptima e integral para obtener distintos subproductos,
entre ellas se encuentra los aceites esenciales y la pectina que son materia prima para la
fabricación de distintos productos en la industria alimenticia, farmacéutica y de
cosméticos entre otros.
Los problemas de contaminación ambiental relacionados con las actividades de la
industria en general pueden ser prevenidos con el desarrollo de procesos industriales
sostenibles, puesto que un proceso industrial es el conjunto de operaciones que hacen
38
posible la transformación de la materia prima e insumos en productos, subproductos,
residuos y desechos. Por lo tanto, un proceso industrial sostenible minimiza el impacto
ambiental.
Los residuos son aquellos que aún pueden ser utilizables como materia prima de
otro proceso, mientras que los desechos son aquellos resultantes de un proceso que ya
no se pueden aprovechar en ningún sentido, por lo que la cascara de naranja es
considerada como residuo.
Actualmente, la mayoría de los procesos productivos son diseñados bajo la
tendencia de una economía lineal, es decir, una economía desechable. En la industria
actual se generan residuos que son reciclados o reusados en mínima proporción,
generando un daño ambiental. En consecuencia, la composición de los residuos
generados se puede observar que más de la mitad son de origen orgánico, esto muestra
que los residuos que se generan pueden ser reusados o reciclados, más, si se trata de
residuos agroindustriales.
El diseñar procesos industriales desde esta filosofía permite observar los residuos
como bienes preciados en sí mismos, donde la idea es que cada residuo de un proceso
pueda ser la materia prima para otro. Volviendo este el desafío del proyecto.
1.5.
Alcances y delimitaciones
1.5.1. Alcances
En relación a la materia prima: para el estudio se considerarán solamente aquellas
empresas que en sus procesos productivos utilicen la naranja como materia prima y como
resultado de estos produzcan desechos orgánicos (cascaras). También se considerarán
a los comerciantes minoristas de jugos de frutas tanto los fijos en los mercados, así como
39
los ambulantes. La variedad de naranja que más se usa en las mencionadas actividades
es la criolla y es la que se usó para el desarrollo del proyecto.
En relación a la parte tecnológica: se contemplará todo el estudio que posibilite
una planta piloto, incluido el diseño del proceso, y la obtención del producto. Para la
comparación de resultados se realizarán ensayos de laboratorio en el Instituto de
Investigaciones industriales usando los equipos existentes en este y los que falten se
conseguirán o se adecuaran de manera casera y para el escalamiento a planta piloto su
usara un simulador de procesos.
1.5.2. Delimitaciones
Si bien el proyecto será elaborado con un enfoque de planta piloto, no significa la
garantía de su implementación en el instituto de investigaciones puesto que dependerá
de la disponibilidad de recursos financieros para su implementación y está fuera del
alcance del proyectista.
40
“PROFUNDIZAR
EL
CONOCIMIENTO
CIENTÍFICO ES UNA DE LAS MEJORES
VIAS
PARA
LOGRAR
PLENITUD
Y
LIBERTAD”
Pilar Álvarez
CAPÍTULO II
CARACTERÍSTICAS
DEL ACEITE
ESENCIAL Y
PECTINA
41
2.
CAPITULO II CARACTERÍSTICAS DEL ACEITE ESENCIAL Y PECTINA
El presente capítulo tiene como finalidad hacer énfasis en las teorías, conceptos,
enfoques y perspectivas que servirán de soporte conceptual y teórico y darán sentido al
problema plantado que servirán de soporte al estudio. Definir las características exige la
construcción y el análisis de conceptos, revisando conceptos integrándolos de manera
armoniosa. Permitirá tambien conocer las características del aceite esencial y pectina,
así como sus métodos de extracción y definir el método de extracción más óptimo para
el proyecto.
2.1.
Aceite Esencial
Según Stashenko (2004) los aceites esenciales son una mezcla de componentes
volátiles, producto del metabolismo secundario de las plantas. Las esencias son mezclas
más o menos complejas en cuya composición entra una porción de hidrocarburos de la
serie polimetilénica del grupo de los terpenos junto con otros compuestos casi siempre
oxigenados que son los que transmiten a los aceites esenciales el aroma que las
caracteriza. Se les llama aceite por su apariencia física y consistencia que es bastante
parecida a los aceites grasos, pero se distinguen de ellos, porque al dejar caer unas gotas
de esencia sobre el papel, estas se volatilizan fácilmente sin dejar ninguna huella, ni
mancha grasosa.
Además, el termino aceite esencial, o esencia, presenta muchas dificultades
cuando se busa una definición que generalice este concepto; existen definiciones desde
el punto de vista químico, botánico y desde una perspectiva industrial. Sin embargo, se
pueden definir a los aceites esenciales como la fracción aromática, más importante del
42
vegetal, las cuales son mezclas complejas de hasta más de 100 componentes (algunos
volátiles), producto del metabolismo secundario de las plantas.
Los aceites esenciales se encuentran muy difundidos en el reino vegetal,
especialmente en las Fanerógamas, en las cuales se hallan repartidas en unas sesenta
familias
(Compuestas,
Labiadas,
Lauráceas,
Mirtáceas,
Rosáceas,
Rutáceas,
Umbelíferas, etc.). Se pueden encontrar localizados en diferentes partes de la planta, por
ejemplo: en las hojas (albahaca, mejorana, menta, romero, salvia, etc.), en las raíces
(valeriana, cálamo, vetiver, etc.), en la corteza (canela, cedro, sándalo, etc.) en las flores
(jazmín, rosa, ylang-ylang, etc.), en la cascara del fruto (limón, mandarina, naranja, etc.),
en los frutos (anís, cardamomo, eneldo, hinojo, etc.) (El Colombiano, 1999)
Los aceites esenciales pueden ser extraídos de los diversos órganos de las
plantas, tales como raíz (jengibre, sándalo, valeriana, cúrcuma, etc.), rizoma (jengibre)
leño (alcanfor, canela, etc.), hoja (albahaca, eucalipto, hierbabuena, menta, etc.), fruto
(nuez moscada, perejil, pimienta, etc.) y flores (lavanda, manzanilla, tomillo, rosa, etc.) El
porcentaje de aceite que se encuentra en cada una de ellas depende del tipo de planta,
cabe resaltar que las plantas con mayor potencial de aceites esenciales son las que
pertenecen a la familia de las labiadas; entre las que destacan plantas como la menta,
tomillo, romero, lavanda, orégano, entre otras. (Arraiza Bermúdez, 2012)
En ocasiones las diferentes partes de la misma planta suministran esencias
distintas en su composición como, por ejemplo, los aceites extraídos de la raíz, el tallo y
las hojas del hinojo. La canela de Ceilán encierra en la corteza una esencia rica en el
aldehído cinámico, mientras que en sus hojas y en las raíces predominan el eugenol y el
alcanfor, respectivamente. La cantidad y composición del aceite varia de una especia a
otra, y dentro de los mismos géneros de la planta. (El Colombiano, 1999)
43
Los aceites esenciales no contienen enzimas, bacterias, suciedad ni taninos; por
lo que las plantas que los contienen combaten agentes patógenos presentando
características curativas, antiinflamatorias, diuréticas y antiespasmódicas (Dominguez
Aguilar, 2006).
Los aceites esenciales de los cítricos se localizan a diferentes profundidades del
epicarpio (flavedo), junto con los cromoplastos, numerosos sacos o glándulas de esencia
cuya pared celular no es del tipo corriente de las paredes de las demás células, sino que
se encuentran formados por tejidos que no presentan ningún tipo de comunicación con
los tejidos que los circundan. Las células que rodean a las glándulas de esencia contienen
una solución de azucares, sales y coloides que son los que se encuentran sometidos a la
esencia a una presión de turgencia bastante pronunciada, que desempeña un papel
importante en todos los métodos existentes para la extracción de las esencias de agrios.
(Bravermen, 2010)
2.1.1. Composición
Están formados por mezclas de productos químicos, en su mayoría por terpenos,
que son hidrocarburos cuya formula es C 12H16. Los terpenos más comunes son el
limoneno y el pineno. Los terpenos tienden a oxidarse naturalmente por lo que
generalmente hay que separarlos, y de esta manera se obtiene un aceite esencial
desterpenado. Lo que se busca son los principios activos farmacológicos de la planta y
para obtener una composición exacta es necesaria la cromatografía gaseosa. Aunque los
aceites esenciales están formados generalmente por hidrocarburos terpénicos (sin aroma
o con poco aroma), los componentes minoritarios son los responsables del aroma
característico del aceite esencial. (Cerpa, 2007)
44
Para una mejor clasificación de los componentes de los aceites esenciales, estos
componentes se los separará en hidrocarburos y compuestos oxigenados. Los primeros
son los que se encuentran en mayor cantidad, pero su función principal es la de servir
como soporte para los segundos que son, usualmente, los portadores de olor
característico de las esencias de cada variedad de planta. En la tabla 12 se muestra a los
compuestos conocidos de los distintos aceites esenciales, clasificados de acuerdo con su
grupo químico, denotando con una X la presencia del mismo. (Bravermen, 2010)
Tabla 12
Componentes presentes en el aceite esencial de algunas frutas cítricas
Aceite Esencial
Grupo
químico
Componentes
d-limoneno
Dipenteno
α-pineno
β-pineno
Terpenos
Canfeno
β-felandreno
γ-terpineno
Octileno
Bisaboleno
Sesquipert
Limeno
enos
Cadineno
Geraniol
Nerol
d-linalol
l-linalol
Nerolidol
Fenil-etanol
Alcoholes
d-terpineol
Dihidrocuménico
n-nonílico
d-citronelol
Octilico
Fenoles
Punto de
Peso
Ebullición
específico
°C
175
0,85
175
0,844
155
0,858
164
0,865
160
0,85
0,852
177
0,848
0,7275
0,881
271
230
226
197
0,921
0,889
0,881
0,869
276
220
218
226
213
0,88
1,024
0,935
0,951
0,842
0,856
0,828
196
Limón
X
X
X
X
X
X
X
X
Naranja Toronja
X
X
Lima
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
45
Aceite Esencial
Grupo
químico
Aldehidos
Cetonas
Ácidos y
estéres
Componentes
Citral
I-citronelal
n-octílico
n-nonílico
n-decílico
Metilheptona
Acetato de linalilo
Acetato de geranilo
Ester del ac n-caprílico
Antranilato de metilo
Punto de
Peso
Ebullición
específico
°C
228
0,897
205
0,857
0,821
0,828
207
0,828
173
0,859
220
0,913
242
0,917
Limón
Naranja Toronja
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Lima
X
X
X
X
1,168
X
X
Fuente: Adaptado de RETAMAR, 2008
Actualmente se conocen más de doscientos aceites esenciales de apreciado valor
comercial en los cuales se han identificado alrededor de cuatrocientos componentes
químicos. Junto con los terpenos, se encuentran compuestos oxigenados como alcoholes
libres (borneol, geraniol, linalol, nerol, mentol, terpinol, etc.) o en forma de esteres,
aldehídos (cinámico, benzaldehído, neral, citral, geranial, citronelal, salicílico, etc.),
cetonas (alcanfor, carvona, fenchona, mentona, tuyona, etc.), fenoles (carvacrol, eugenol,
isoeugenol, timol, etc.) ácidos libres (acético, benzoico, cianhídrico, cinámico, propiónico,
valeriánico, etc.) en pequeñas cantidades o en forma de esteres o éteres. (Stashenko E.
E., 1998)
2.1.2. Clasificación
Los aceites esenciales se clasifican con base en diferentes criterios: consistencia,
origen y la naturaleza química de los componentes mayoritarios.
Según su consistencia se clasifican en esencias fluidas, bálsamos y resinas:
a) Las esencias fluidas: líquidos volátiles a temperatura ambiente
46
b) Los bálsamos: resultan de los extractos naturales de un arbusto o árbol, con
un alto contenido de ácido benzoico y cinámico, así como también esteres.
Además, presenta consistencia más espesa, son poco volátiles y propensos a
sufrir reacciones de polimerización. Por ejemplo: bálsamo de copaiba,
bálsamo del Perú, benjuí, bálsamo de tolú, estoraque, etc.
c) Las resinas se encuentran en una serie de posibles combinaciones o mezclas:
-
Resinas: productos amorfos solidos o semisólidos de naturaleza química
compleja, que pueden ser de origen fisiológico o fisiopatológico. Por
ejemplo, la colofonia, obtenida por separación de la oleorresina
trementina.
-
Oleorresinas: mezclas homogéneas de resina (colofonia) y aceite esencial
(esencia de trementina). Por ejemplo, le trementina, obtenida por incisión
en los troncos de diversas especies de pinos que se separa por destilación
por arrastre de vapor. También se utiliza el termino oleorresina para
nombrar los extractos vegetales obtenidos mediante el uso de solventes,
los cuales deben estar virtualmente libre de dichos solventes antes de su
uso. Las oleorresinas se emplean extensamente para la sustitución de
especias de uso alimenticio y farmacéutico por sus ventajas de estabilidad
y uniformidad química y microbiológica, además de la facilidad de
incorporarse al producto terminado. Estas tienen el aroma de las plantas
en forma concentrada y son líquidos muy viscosos o sustancias
semisólidas (oleorresinas de pimentón, pimienta negra, clavo, etc.).
-
Gomorresinas extractos naturales obtenidos de un árbol o planta, y están
compuestos por mezclas de gomas y resinas. (Arraiza Bermúdez, 2012)
47
Según su origen los aceites esenciales se clasifican en naturales, artificiales y
sintéticos:
a) Los naturales: no sufren alteraciones físicas ni químicas posteriores, y se
obtienen de manera distinta de la planta y debido a su bajo rendimiento son
muy costosos
b) Los artificiales: producto del enriquecimiento de la misma especie con uno o
con varios de sus componentes. Por ejemplo: la mezcla de esencia de rosa,
geranio y jazmín enriquecidas con linalol, o las esencias de anís enriquecida
con anetol.
c) Los sintéticos: producto de la combinación de seis componentes, los cuales
la mayoría de veces son producidos por procesos de síntesis química. Sin
embargo, suelen ser más económicos, por esa razón son más usados como
aromatizantes y saborizantes. Por ejemplo: la esencia de vainilla, limón,
fresas, etc. (Arraiza Bermúdez, 2012)
Según la naturaleza química de los componentes mayoritarios, se clasifican en:
a) Monoterpénicos: aceites esenciales ricos en Monoterpenos. Por ejemplo:
hierbabuena, albahaca, salvia, etc.
b) Sesquiterpénicos: aceites esenciales ricos en sesquiterpenoides. Por
ejemplo: copaiba, pino, junípero, etc.
c) Fenilpropanoides: aceites esenciales ricos en fenilpropanoides. Por ejemplo:
clavo, canela, anís, etc. (Arraiza Bermúdez, 2012)
48
2.1.3. Propiedades
Según Bravermen (2010) se ha visto ya que, en esta clase de esencias, no son
individuos químicamente simples, sino que están compuestos por varios elementos con
propiedades físico-químicas diferentes. Estas propiedades le comunican a la esencia
determinadas características que definen su calidad y valor comercial. La esencia de
naranja dulce es un líquido de color amarillo a pardo rojizo con un aroma característico
de naranja. Químicamente esta esencia está constituida, en su mayoría por un terpeno,
el limoneno dextrógiro, en proporciones de 90 a 97% de su peso total. En anteriores
publicaciones se menciona a este compuesto como el único hidrocarburo presente en la
esencia, pero recientes estudios encontraron otro hidrocarburo en los capullos de la
naranja dulce, este compuesto es el d-canfeno.
De su investigación se resalta que la esencia contiene también diversas
sustancias oxigenadas que influyen en la calidad y aroma, cuya proporción varía entre 1
y 1,5%. En la tabla 13 se muestra la fracción correspondiente de los principales
componentes oxigenados que forman parte de la esencia de naranja.
Tabla 13
Principales componentes oxigenados del aceite esencial de naranja
Compuesto oxigenado Fracción en %
Linalol
40
Terpineol
30
Aldehido decílico
5
Éster caprílico
8
Alcohol nonílico
8
Aldehido decílico
7
Otros
Trazas
Fuente: Reproducido de Bravermen, 2010
49
Las propiedades físicas tomadas como norma del aceite esencial de naranja se
muestran a continuación en la tabla 14, mientras que las propiedades físicas de la esencia
proveniente de los países con mayor producción de la misma se muestran en la tabla 15.
Tabla 14
Propiedades físicas de la esencia de naranja
Características físicas de la
Valor
esencia de Naranja
Densidad a 15°
0,8419 a 0,852
Poder rotatorio a 20°
92° a 99°
Indice de refracción a 20°
1,4710 a 1,4750
Residuo Fijo
1,5% a 4%
Fuente: Reproducido de RETAMAR, 2008
Tabla 15
Propiedades de la esencia de naranja de distintos orígenes
Origen
Proceso de
extracción
Peso especifico
Italia
Jamaica
Rep. Dominicana
California
Florida
Palestina
Prensado a mano
Prensado a mano
Prensado a mano
Prensado a mano
Prensado a mano
Prensado a mano
0,848 - 0,853
0,8481 - 0,8491
0,8486
0,8413 - 0,8482
0,84 - 0,85
0,8425
Indice de
refracción
Rotación
óptica
1,473 - 1,475
1,446984
95°31' - 98°
97°43' - 98°2'
98°21'
96° - 99°
94°50' - 96°50'
95°50'
1,4370 - 1,4742
1,4737 - 1,4747
1,4734
Fuente: Reproducido de Bravermen, 2010
Un complemento para la apreciación comercial, aunque no constituye una prueba
concluyente, es que la esencia de naranjas se disuelve muy bien en 7 volúmenes de
alcohol a 90°.
50
2.1.4. Usos
Actualmente se han analizado más de tres mil aceites esenciales de un gran
número de especies botánicas. Mas de doscientos aceites tienen un alto valor comercial
y se utilizan ampliamente en diferentes ramas de la industria (alimentos, jabones,
ambientadores, perfumes, cosméticos, licores, insecticidas, fármacos, etc.)
Las esencias naturales son empleadas como aromatizantes (anís, cardamomo,
clavo, menta, tomillo, naranja, etc.) y/o saborizantes (anís, eneldo, hinojo, limón, naranja,
etc.) como ingredientes de algunos preparados farmacéuticos (caléndula, eucalipto,
manzanilla, menta, salvia, etc.) o son base de perfumes y productos cosméticos finos
(albahaca, geranio, jazmín, salvia, rosa, ylang-ylang, etc.) desodorantes, lociones,
jabones líquidos (orégano, salvia, yerbabuena, etc.), pastas dentífricas (anís, eucalipto,
menta orégano, tomillo, etc.). Algunos de los aceites esenciales poseen propiedades
insecticidas y fungicidas (ajenjo, citronella, ciprés, enebro, eucalipto, pino, etc.) y se
utilizan en los preparados especiales.
El valor comercial y el uso del aceite esencial dependen básicamente de su
composición química, la cual a su vez está condicionada por diversos factores de tipo
botánico y agrícola. La composición final del aceite depende fuertemente del método de
extracción. (Stashenko E. , 2004)
El aceite esencial generalmente es, utilizado como materia prima, ingrediente o
aditivo; es decir, para la elaboración de otros productos en diferentes mercados o
industrias. A continuación, se explica brevemente los principales usos:
En la industria alimentaria: Los aceites esenciales son utilizados como
condimentos para poder asegurar el mantenimiento de las carnes y comidas preparadas,
51
embutidos, helados, encurtidos, etc. Entre los más utilizados para este fin destacan los
aceites esenciales en base al cilantro, naranja, menta, albahaca y romero. (Arraiza
Bermúdez, 2012)
Además, existen artículos de investigación donde se les describe como agente
conservante. Por ejemplo, con una concentración de 0,1 % y 0,5 % el aceite esencial de
clavo restringe el crecimiento de la bacteria Listeria monocytogenes en la carne y el
queso. (Vrinda & Garg, 2001)
En la industria de las bebidas, los aceites esenciales son utilizados como
saborizantes, sean en bebidas gaseosas o en licores; el aceite de limón, de frutas cítricas
y naranjo son los más usados para la preparación de gaseosas. (Sun, 2005)
También en la confitería, es decir para la elaboración de diversas golosinas, se
usan las esencias extraídas del naranjo, mentas, limón y frutos cítricos. (Olaya Flórez &
Mendez Alzamora, Guia de plantas y productos medicinales, 2005)
En la industria farmacéutica: En productos relacionados al cuidado
odontológico: pastas dentales y objetos de limpieza bucal es común encontrar aceites
esenciales de menta, hinojo y eucalipto. Por otro lado, algunos presentan propiedades
antibacteriales, antinflamatorias, descongestionantes y analgésicas, además los aceites
esenciales son hallados en medicamentos naturales. De igual modo, son usados como
neutralizantes de sabor, entre los aceites más usados para esta función están los de
frutas cítricas, mentas y limón. (Olaya Flórez & Mendez Alzamora, Guia de plantas y
productos medicinales, 2005)
En la industria de cosméticos: Para la fabricación de productos de cuidado
personal y cosméticos se utilizan los aceites de geranio, lavanda y rosas; en perfumería
52
y cremas se utilizan especialmente los aceites esenciales obtenidos a partir de frutas
cítricas, especias florales, vainilla; entre otras. (Sun, 2005)
Aunque industrialmente se haya sintetizado muchos aromas y con ello se utilice
aceites esenciales artificiales, siempre resulta más atractivo y de mejor calidad utilizar en
la industria de sabores y olores, aceites esenciales naturales.
Aplicaciones Industriales: Actualmente se ha desarrollado el uso de esencias
para disimular el olor desagradable de algunos productos industriales como el caucho,
los plásticos y las pinturas. La industria de las pinturas emplea limoneno como disolvente
biodegradable. También se imparte olor a juguetes. En textiles, como enmascaradores
de olores en tratamientos mordientes antes y después del teñido. En papelería, para
impregnar de fragancias cuadernos, tarjetas, papel higiénico, toallas faciales. (Arraiza,
2009)
Aromaterapia: La aromaterapia atribuye características curativas a los aceites
esenciales para promover la vitalidad y la salud del espíritu, la mente y el cuerpo. Se trata
de la aplicación externa de aceites esenciales a través de masaje de cuerpo entero,
inhalación, aplicación tópica vapor. Algunos de los aceites esenciales para este fin son
los de menta, hierbaluisa, palo santo, manzanilla, eucalipto, entre otros. (Jonas, 2005)
En Francia, en 1928, se acuñó por primera vez el término de aromaterapia por el
químico francés René Gattefosse, tras una experiencia donde utilizó aceites esenciales
para curar una quemadura.
Industria Tabacalera: En la industria tabacalera se hace necesarios aceites
esenciales de mentas y eucalipto, para los cigarrillos mentolados.
53
Biocidas e Insecticidas: Existen esencias con propiedades bactericidas, como
el tomillo, clavo, salvia, mentas, orégano, pino, etc. Por mencionar algunas esencias:
-
Contra hormigas: hierbabuena y poleo.
-
Contra pulgas: lavanda, mentas, malojillo, entre otros.
-
Contra moscas: ruda, citronella, menta.
-
Contra piojos: hierbabuena, albahaca, ruda.
-
Contra polilla: mentas, romero.
-
Contra cucarachas: menta, eucalipto, laurel. (Arraiza, 2009)
En la ilustración de la Figura 10 se ve los principales usos del aceite esencial de naranja.
Figura 10
Usos del aceite esencial de naranja
Fuente: Elaborado con base en los datos de la sección 2.1.4
54
2.2.
Pectina
Uno de los principales componentes de la pared celular de los vegetales son las
pectinas, polisacáridos con alta capacidad hidrofílica, ya que pueden absorber agua
desde 100 a 500 veces su propio peso. (Flores, Mariños, Rodríguez, & Rodríguez, 2013)
Las pectinas son un grupo complejo de heteropolisacáridos estructurales que
contienen sobre todo unidades de ácido galacturónico. Estos compuestos están
presentes en las paredes celulares primarias y en la laminilla media de las células
parenquimáticas de muchas plantas, donde están frecuentemente asociadas con otros
componentes de la firmeza de algunos productos. La disolución de los componentes de
dicha pared celular, sobre todo de las pectinas se ha relacionado con el ablandamiento
de diversas especies vegetales. (Stephen, Phillips, & Williams, 2006)
La pectina es un hidrato de carbono (polímero), que tiene un peso molecular alto,
y está presente en todas las plantas principalmente en forma de protopectina. La pectina
tiene una influencia importante sobre las células de las plantas, ya que la protopectina y
la celulosa componen la estructura de las paredes celulares. (Vlacavik, 1998)
La pectina es un producto purificado de carbohidratos obtenido por la extracción
acuosa de las plantas; principalmente en los frutos comestibles normalmente frutas
cítricas o manzanas. (Francis, 1975)
Todas las plantas verdes terrestres contienen sustancias pectínicas que, en
combinación con la celulosa, son las responsables de las propiedades estructurales de
frutas y vegetales. La pectina, formada principalmente por ácidos galacturónicos y
unidades de esteres metílicos del ácido galacturónico (cadena lineales polisacáridos)
normalmente se clasifican según su grado de esterificación. En la maduración de las
55
frutas ocurre el rendimiento de la pectina en azucares y ácidos, en consecuencia, la
cantidad y calidad de esta depende entre otras cosas de la edad y de la maduración de
la fruta. El ablandamiento de algunos frutos durante la maduración se debe en parte a las
enzimas pectinolíticas: pectinmetilesterasa y poligalacturonasa. (Francis, 1975)
2.2.1. Composición
Los constituyentes principales de la pectina son: arabinosa, xilosa, ramnosa y
galactosa. La pectina está constituida principalmente por una cadena de unidades de
ácido galacturónico, que están unidos por α-1,4 glucosídicos. La cadena de ácido
galacturónico esta parcialmente esterificada como esteres metílicos. Las moléculas de
pectina tienen un peso molecular de hasta 150000 y un grado de polimerización de hasta
800 unidades. Las propiedades funcionales de la pectina son en gran medida
determinadas por el grado de esterificación (DE) de las moléculas de pectina. Las
moléculas de ramnosa (metilpentosa) se intercalan en la cadena poligalacturónica por
enlaces α 1-2 y α 1-4 produciendo una irregularidad en la estructura de la cadena. Esta
lleva igualmente, ramificaciones laterales más o menos largas (arabanas, galactarias)
unidas al nivel de las funciones del alcohol secundario. (Puerta, 2001)
Las sustancias pépticas son mezclas muy complejas de polisacáridos que
constituyen un tercio de la pared celular de las plantas dicotiledóneas y de algunas
monocotiledóneas. En menor cantidad, se hallan en las paredes celulares de las plantas
herbáceas. Se encuentran en la mayor parte de los tejidos vegetales y especialmente en
los tejidos parenquimáticos y meristemáticos, abundan en la pared primaria de las células
y la lámina media que las separa. (Pagan & Gilabert, 1999)
56
La estructura básica de la pectina eta formada por anillos de ácido Dgalacturónico, C6H10O7. El número de anillos presentes en la cadena varia desde 100
hasta 1000. Cada anillo posee un grupo carboxilo (-COOH) que puede estar esterificado
con metanol, produciendo esteres metílicos (-COOCH3) o quedar neutralizados por una
base como se muestra en la Figura 11. (Zegada, 2015)
Figura 11
Imagen de la estructura molecular básica de la pectina
Fuente: Reproducido de Zegada, 2015
Figura 12
Imagen de la esterificación de la Pectina
Fuente: Reproducido de Canteri, Moreno, Wosiacki y Scheer, 2012
57
El grado de esterificación depende del origen de la pectina y del método utilizado
para la extracción de esta. Se entiende por grado de esterificación, el grado variable en
el que los grupos carboxilos de los ácidos galacturónicos se encuentren esterificados con
metanol o estén parcial o completamente neutralizados por iones de sodio, potasio o
amonio. (Flores, Rodríguez, Mariños, & Rodriguez, 2013)
Mediante hidrolisis acida, la pectina extraída de los residuos de naranja presenta
aproximadamente un 70% de esterificación, aunque puede alcanzar valores mayores,
Para obtener grados menores se debe hidrolizar con algunos esteres metílicos
adicionales, generalmente, mediante extracción prolongada, tratamientos ácidos o
alcalinos en alcohol o haciendo uso de enzimas desesterificadas. (Zegada, 2015)
El grado de esterificación, afecta directamente en la capacidad de la pectina para
formar geles. (Arellanas, Jaraba, Marmol, & Paez, 2011)
2.2.2. Clasificación
Hay una amplia gama de grados de esterificación dependiendo de las especies,
tejidos y madurez. Generalmente y por facilidad se dividen en dos grupos: pectinas de
alto y bajo metoxilo. Las pectinas de alto metoxilo son aquellas que tiene el 50% de los
grupos carboxilos del ácido galacturónico esterificado con metanol. A mayor grado de
esterificación, mayor es la temperatura de gelificación. Estas pueden formar geles en
condiciones de pH entre 2,8 y 3,5 entre 60° y 70° Brix. Las pectinas de bajo metoxilo son
aquellas que forman geles termorreversibles por interacción de calcio presente en el
medio. Las condiciones de pH y solidos solubles son secundarios en este caso, para
formar geles es necesaria solo la presencia de sales de calcio. Los grados Brix pueden
llegar a 2 y el pH pude ser neutro. (Flores, Rodríguez, Mariños, & Rodriguez, 2013)
58
El grado de esterificación de las pectinas también influye en la temperatura de
gelificación. A mayor grado de esterificación, mayor es la temperatura de gelificación. Por
ejemplo, una pectina con un grado de esterificación del 75% pude gelificar a temperaturas
de 95° y, en muy pocos minutos a temperaturas por debajo de 85°C. (Morley, 2015)
•
Las pectinas se clasifican de acuerdo a los cambios y transformaciones
químicas debido a la maduración de las frutas:
-
Protopectina: descubierta por Fremy en 1840, es la forma de la pectina.
Es un polímero insoluble en agua que se encuentra en las primeras etapas
de formación y maduración de los tejidos vegetales. Están constituidos por
azucares parcialmente metiladas, en particular por unidades de anhidro
galacturónico enlazadas unas con otras. Se encuentra contenida de forma
desconocida en los tejidos vegetales.
-
Pectina: cuando las sustancias pépticas se tornan solubles se les conoce
como pectina. A medida que avanza la maduración del fruto, la
protopectina se convierte en pectina y ácidos pectínicos por la acción de
una enzima llamada pectinmetilesterasa la cual va solubilizándola.
-
Ácidos pectínicos: Son ácido poligalacturónicos coloidales con un
contenido de metoxilos menor al 4% que forman geles con azucares y
ácidos. Forman sales tales como el pectinato de sodio.
-
Acido péptico: Es un polímero de alto peso molecular con unidades de
ácido galacturónico, con contiene grupos metoxilos, por lo cual todos los
grupos carboxilo presentes se encuentran libres.
•
-
Pectinatos: Son sales de pectina.
-
Pectatos: Son sales de ácido pectínico.
De acuerdo al grado de esterificación: Como se observa en el Figura 13
59
Figura 13
Diagrama de clasificación de la Pectina
Fuente: Reproducido de Zegada, 2015
-
Pectinas de alto metoxilo (HM): Poseen en su molécula algunas
unidades de ácido galacturónico esterificadas por encima del 50% y se
presentan como el éster metílico del ácido galacturónico. Esta pectina es
soluble en agua, ya que tiene casi todos los grupos carboxílicos
esterificados con metanol (metoxilados), por esto recibe el nombre de
pectina de alto metoxilo. Las pectinas (HM) requieren de una cantidad
mínima de solidos solubles y un pH dentro de una gama estrecha
alrededor de 3.0 para poder formar geles.
Las pectinas de alto grado de esterificación se clasifican en:
o
De rápida gelificación: Poseen un grado de metoxilación por lo
menos el 70%. La fuerza de los geles formados depende del peso
molecular y no está influida por el grado de metoxilación, cuanto
más alto sea el peso molecular mayor es la fuerza del gel.
60
o
De lenta gelificación: Posee un grado de metoxilación del 50 al
70%, la cantidad de ácido requerido es casi proporcional al número
de carboxilos libres.
-
Pectinas de bajo metoxilo convencional (LMC): Poseen un grado de
metoxilación por debajo del 50%, forman gel en presencia de iones calcio
y otros cationes polivalentes. La cantidad de pectina que se necesita para
la formación de estos geles disminuye con el grado de metoxilación. La
fuerza de los geles ligados por iones depende de su grado de metoxilación
y se ve muy afectada por el peso molecular de las pectinas.
Las pectinas de bajo grado de esterificación se clasifican según su
reactividad con iones calcio en:
▪
Pectina rápida: Posee alta reactividad con iones calcio, contiene
un grado de esterificación aproximadamente del 30% y un grado
de amidación del 20%.
▪
Pectina rápida media: Posee una reactividad media con iones
calcio, contiene un grado de esterificación aproximadamente del
32% y un grado de amidación del 18%
▪
Pectina lenta: Posee una reactividad media con iones calcio,
contiene un grado de esterificación aproximadamente del 35% y
un grado de amidación del 15%.
-
Pectinas de bajo metoxilo amidada (LMA): Pueden tener por encima del
25% de grupos amidados en su estructura y esto cambia las
características de temperatura y textura. En este tipo de pectina algunos
de los grupos restantes de ácido galacturónico han sido transformados en
amida. Las propiedades útiles pueden variar con la proporción de unidades
éster y amida y con el grado de polimerización.
61
•
De acuerdo a la composición química de la cadena polimérica:
-
Galacturonanos: Polímeros de ácido galacturónico.
-
Ramogalacturanos: Polímeros mixtos de ácido galacturónico y ramnosa,
son los principales constituyentes de las sustancias pépticas.
•
-
Arabinogalacanos: Polímeros mixtos de arabinosa y galactosa.
-
Arabinanos: Polímeros de arabinosa.
De acuerdo al proceso de extracción de las pectinas:
-
Pectinas solubles en agua
-
Pectinas quelato – solubles: Extraídas con solucione quelantes de calcio.
2.2.3. Propiedades
Como otros biopolímeros, las propiedades funcionales de las pectinas dependen
en gran medida de factores intrínsecos como su peso molecular y grado de esterificación
(que a su vez dependen de la materia prima, estado de madurez del fruto y de las
condiciones de fabricación, entre otros), y por factores intrínsecos, tales como el pH, las
sales disueltas y la presencia de azucares. La viscosidad de sus dispersiones, al igual
que la de otros polisacáridos, se incrementa a medida que aumenta el peso molecular;
en el caso de las pectinas, la viscosidad es mayor cuanto más se incrementa el grado de
esterificación. (Badui, 2006)
A temperatura ambiente y a su propio pH (2,8 – 3,2) las pectinas son tanto mas
solubles cuanto mayor es su grado de esterificación. Las disoluciones que se obtiene
presentan un carácter aniónico (carga negativa) que puede comportar incompatibilidades
en la formulación de algunos productos alimenticios. (Stephen, Phillips, & Williams, 2006)
62
El peso molecular de la pectina, que depende directamente de la longitud de la
cadena molecular, influye en la solidez del gel producido, es decir, en el poder gelificante
de la pectina expresado por convención en grados SAG. Estos grados se definen como
el número de gramos de sacarosa que en una solución acuosa de 65° Brix y un valor de
pH 3,2 aproximadamente, son gelificados por un gramo de pectina, obteniéndose un gel
de una consistencia determinada. (Ferreira, 2007)
Las propiedades de las pectinas pueden variar según la materia prima empleada
para su extracción
Capacidad de formar geles o grado de gelificación de las pectinas: Se define
como el número de gramos de azúcar con los cuales un gramo de pectina forma un gel
de firmeza estándar, bajo condiciones también controladas de acidez y solidos solubles.
Los gramos de azúcar para formar el gel se expresan como grados SAG. La pectina es
el agente formador de gel, mientras que los sólidos (azúcar) y el ácido son los agentes
modificadores que logran la transformación física de está convirtiendo el jarabe en gel.
Las pectinas comerciales de buena calidad tienen grados de gelificación entre 150 y 130°
SAG. (Ramirez, 2000)
La disolución completa supone la dispersión sin agrupar; se presenta la formación
de grumos de pectina, estos son sumamente difíciles de disolver. Un gel de pectina puede
observarse como un sistema en el cual el polímero está en un estado entre totalmente
disuelto y precipitado. Se teoriza, que los segmentos de las cadenas moleculares se unen
por una cristalización limitada para formar una red tridimensional en la cual el agua, el
azúcar y otros solutos quedan atrapados.
63
La formación de un gel, desde un estado donde el polímero está totalmente
disuelto, es producida por cambios químicos o físicos que tienden a disminuir la
solubilidad de la pectina y esto favorece la formación de la cristalización local. Los factores
más importantes que influyen en la solubilidad de la pectina (tendencia a melificar) son:
•
Temperatura
•
Composición molecular de la pectina
•
pH
•
Azúcar y otros solutos
•
Iones de Calcio
Peso molecular: Se encuentra en un amplio intervalo entre 2500 a 1000000
gr/mol, según la fuente de extracción y de los derivados de las sustancias pépticas
encontradas.
Grado
de
esterificación: Se
define
como
el
porcentaje
de
grupos
carboxilurónicos que se esterifican con metanol. La determinación de este porcentaje
requiere la medida del contenido de metoxiléster y del ácido anhidro urónico. Permite
determinar la capacidad de gelificación de la pectina.
Viscosidad: Las soluciones de pectina pueden presentar valores de viscosidad
altos o bajos, según la calidad y materia prima utilizada en la extracción. Aquellas cuya
viscosidad es más alta son empleadas para la elaboración mermeladas. Las soluciones
de pectina generalmente muestran viscosidades más bajas en comparación con otras
gomas y espesantes. Concentraciones diferentes de azucares o calcio, al igual que el pH
afectan la viscosidad de diferentes maneras.
64
Solubilidad en agua: La pectina purificada y seca, es soluble en agua caliente
(70-80°C) hasta 2 a 3% formando grupos viscosos por fuera y secos por dentro, razón
por la cual siempre se mezclan con azúcar, sales amortiguadoras u otras sustancias
químicas. Debe estar plenamente disuelta para evitar la formación heterogénea de gel.
La pectina comercial muestra una gran afinidad con el agua, el cual lleva prácticamente
a la creación coágulos al tiempo de la disolución, la adición del azúcar reduce la
solubilidad previniendo la aparición de estos.
Acidez: Las soluciones de pectina son estables bajo condiciones acidas (entre pH
de 3,2 – 4,5) incluso a altas temperaturas, también por algunas horas a temperaturas
ambiente bajo condiciones más alcalinas, pero degrada rápidamente a altas
temperaturas.
Estabilidad en solución: La mayoría de las reaccione a las cuales se somete la
pectina tienden a degradarla. En general, la estabilidad máxima se obtiene a pH de 4. La
presencia de azúcar en la solución tiene un cierto efecto protector, a temperaturas
elevadas y valores de pH bajos aumentan el grado de degradación debido a la hidrolisis
de uniones glicosídicas, también se ve favorecida la desesterificación a pH bajos. Para
pectinas de alto metoxilo, cuando la temperatura o pH aumenta, comienza lo que se llama
β-eliminación, lo cual es una ruptura en la cadena y una perdida rápida de las propiedades
de viscosidad y gelificación. Las pectinas de bajo metoxilo muestran una mejor estabilidad
en estas condiciones.
2.2.4. Usos
La principal aplicación de las pectinas en la industria de alimentos es la fabricación
de compotas y mermeladas; se utiliza también como agente gelificante en pudines,
65
estabilizante de emulsiones y suspensiones, agente viscosante en bebidas, agente
estabilizante en helados y postres fríos, y en soluciones para recubrir salchichas y carnes
enlatadas. (Ferreira, 2007)
En el campo farmacéutico las pectinas se emplean por su acción protectora y
reguladora del sistema gastrointestinal, su acción desintoxicante, anticolesterol,
inmunológica, antihemorrágica, anticancerígena y cicatrizante; prolonga la acción
terapéutica al aumentar los tiempos de liberación de los principios activos. (Gaviria &
Lopez, 2005)
Se usan también en la formación de películas para recubrir papel y dar
características de suavidad en el papel de envoltura, como vehículo en la preparación de
suspensiones de sulfato de bario para aplicar en las radiografías por rayos X, en la
fabricación de películas biodegradables en forma de mezclas de pectina y alcohol
polivinílico como reemplazantes de derivados del petróleo; estas películas son
biodegradables, reciclables y permitidas para formas farmacéuticas de liberación
prolongada y como protectores o adhesivos en preparaciones farmacéuticas para la piel.
(Gaviria & Lopez, 2005)
La pectina genera gran interés en las industrias alimentarias debido a su amplia
utilización como aditivo gelificante en productos tipo gelatinas y mermeladas, así también
como espesante y estabilizante, material de relleno, estabilizador de productos de
confitería, productos lácteos, preparados de frutas y vegetales, rellenos de repostería,
glaseado y escarchados, sustitutos de grasas en aderezos para ensaladas, helados y
productos cárnicos emulsionados. La pectina obtenida de la cáscara de frutos, se puede
utilizar también como empaque de capsulas, debido a su fácil degradación dentro del
organismo. Otras aplicaciones en la industria farmacéutica incluyen productos
66
farmacéuticos y biomédicos por su atractivo como un polímero no toxico, biocompatible y
biodegradable. (Arellanas, Jaraba, Marmol, & Paez, 2011)
Dentro de sus variadas aplicaciones también esta su uso en odontología,
cosmética, industria de cigarrillos, microbiología, conservación de suelo y alimentación
animal. (Pagan & Gilabert, 1999)
En la ilustración de la Figura 10 se ve los principales usos del aceite esencial de
naranja.
Figura 14
Usos de la Pectina
Fuente: Elaborado con base en los datos de la sección 2.2.4
67
2.3.
Métodos para la extracción de aceite esencial y pectina
2.3.1. Para la extracción de aceite esencial
La extracción es la técnica utilizada para separar un producto orgánico de una
mezcla de reacción o para aislarlo de sus fuentes naturales. Puede definirse como la
separación de un componente de una mezcla por medio de un disolvente.
En la práctica se utiliza ampliamente para separar los compuestos orgánicos de
las soluciones acuosas o suspensiones en las que se encuentran. El procedimiento
consiste en agitarlos con un disolvente orgánico inmiscible con agua y dejar que ambas
capas se separen. Los diferentes solutos presentes se distribuyen entre las fases acuosa
y orgánica, según sus solubilidades relativas (Extracción, 2019).
Así, las sales inorgánicas, prácticamente insolubles en los disolventes orgánicos
más comunes, permanecerán en la fase acuosa, mientras que los compuestos orgánicos
que no forman puentes de hidrógeno, insolubles en agua, se encontrarán en la fase
orgánica (Extracción, 2019).
La extracción de aceites esenciales se realiza de mediante diferentes métodos;
entre ellos se menciona el método de prensado o estrujado, método de enfleurage,
extracción por fluido supercrítico, extracción con solventes, y otros.
A continuación, se detallan métodos para la extracción de aceites esenciales:
2.3.1.1.
Extracción por prensado
Este método consiste en ejercer presión sobre la materia vegetal. Los aceites son
recogidos luego de la frotación o estrujamiento producto de las células rotas. Se utiliza
68
para extraer aceites esenciales de las pieles de frutas como la naranja, limón, mandarina,
entre otras. (Ryman, 2005)
RETAMAR (2008) dice que el método de extracción del aceite esencial de naranja
por expreción o prensado, se basa fundamentalmente en el hecho de que cuando la fruta
está fresca, el aceite contenido en las glándulas del flavedo (epicarpio), se mantiene bajo
una cierta presión, y cuando se rompen las paredes de estas glándulas, el aceite esencial
es expulsado con la fuerza y a una distancia considerable en forma de chorro. El aceite
esencial así obtenido es colectado por medio de una lluvia de agua que mantiene húmeda
a la superficie de la corteza evitando que esta vuelva a reabsorber el aceite. El agua
también cumple otras funciones muy importantes dentro de este método como ser: el de
formar la emulsión con el aceite, evitar que se pierda el aceite al salpicar y aumentar la
presión de las glándulas por aumento de la presión osmótica.
También indica que el método de extracción por prensado puede ser aplicado
sobre la fruta entera, antes de la extracción del jugo; o directamente sobre la misma
cáscara, una vez que ha sido pelado el fruto. El método puede ser clasificado en:
procedimientos manuales, aquellos en los cuales el trabajo es efectuado directamente
por el hombre, y mecánicos, en que la extracción se efectúa por medio de máquinas más
o menos perfeccionadas.
2.3.1.2.
Procedimiento de la esponja
Según RETAMAR (2008) el fruto se divide en dos mitades por un corte transversal
y se le extrae la pulpa por medio de un cuchillo especial de forma cóncava, con sus dos
bordes afilados. Luego las cortezas se remojan en agua durante varias horas, facilitando
así la mayor turgencia de las glándulas secretoras. La corteza así preparada, se
69
comprime sobre una esponja se ha saturado de agua, esencia y partículas sólidas, se
exprime sobre otro recipiente y se deja decantar el líquido extraído. La esencia separada,
luego de la decantación, es de color amarillo verdoso, muy aromático y de muy buena
calidad. El inconveniente de este sistema de extracción es el escaso rendimiento y la
considerable utilización de mano de obra.
•
Procedimiento de la pequeña prensa de mano
Es una variación del de la esponja, en el cual exprimido de la corteza se hace por
medio de una pequeña prensa accionada a mano con una palanca. La prensa consta de
dos platos, uno superior móvil, y otro inferior fijo, entre los cuales se coloca la corteza. La
calidad y rendimiento obtenidos por este procedimiento, son semejantes a los del método
de la esponja. (Retamar, 2008)
2.3.1.3.
Procedimientos mecánicos
Existe diferentes procedimientos mecánicos, en estos se emplean maquinarias
para la extracción de esencias, entre las cuales se menciona:
•
Prensado en frio
Este procedimiento consiste en el raspado de la corteza del fruto por medio de
platos circulares, en cuya superficie existen muchas puntas o aristas vivas que al rozar
sobre ellas la naranja, llevada por la mano del operario, va depositando el serrín obtenido
en el fondo del cárter que le sirve de protección, al girar estos discos a gran velocidad.
Este serrín, colocado en esportines sobre el plato de una prensa hidráulica a presiones
del orden de los 100 Kg/cm2 de esportín, produce un líquido acuoso de color amarillento
que por decantación separa el aceite esencial y el agua. Al someter el serrín a esta
70
presión la temperatura aumenta, factor que coadyuva a la formación de coágulos
producidos por la emulsión del aceite y otros componentes extraídos junto con el, factor
que disminuye los rendimientos y dificulta su extracción, razón por la que el serrín debe
mantenerse a temperatura baja. El aceite así obtenido es muy oscuro y de muy buena
calidad. El residuo sacado de los esportines puede destilarse en un calderín a vapor
simple, dando un aceite transparente, incoloro y de muy baja calidad. Estas dos
operaciones se complementan, obteniendo con ello hasta un 99.8% del aceite contenido
en la corteza de la naranja. (Dra. A. de Iglesias, 2009)
•
Maquinas estiletes
El aceite obtenido es muy bueno, pero falto de olor, cualidad muy buscada
actualmente, por lo que, a excepción del limón, no se emplea para otra fruta. Consiste en
colocar cada naranja entre los puntos de un pequeño torno, haciéndola girar, mientras un
pequeño estilete afilado, en forma de triedro, hiere su superficie, rayándola en hojas muy
finas y apretadas, al mismo tiempo que por la fuerza centrífuga originada por el giro del
fruto se expulsa un líquido casi igual al del procedimiento anterior, recogiéndose por una
tolva de chapa inoxidable, que lo vierte en una botella especial, de cuello ancho. Esta
botella, una vez llena (se llenan unas tres a cuatro en ocho horas), es recogida por la
sección de filtrado, donde, en primer lugar, se separa por decantación el aceite de
primera, que es de color ambarino. El resto se deja reposar y se vuelve a decantar,
obteniéndose otra clase de aceite de color más oscuro, debido a la oxidación, quedando,
finalmente una especie de serrín, que es recogido con unos trapitos afelpados de
algodón, de un tamaño aproximado de 20 cm de lado, y así se van apilando sobre el
platillo de una pequeña prensa hidráulica, que a 200 atm expulsa el resto del aceite. (Dra.
A. de Iglesias, 2009)
71
•
Maquina Avena
El aceite que se obtiene con esta máquina es de segunda calidad, pero, se logra
un rendimiento aceptable; es de gran producción, y su mantenimiento y mano de obra
resultan casi nulos. Su forma de funcionamiento es la siguiente: la naranja es depositada
en una tolva, que constituye en elemento integrante de la máquina, la cual dividida en
varias partes, alimenta los diversos pisos o platos horizontales solidarios sobre un eje
vertical que gira en el interior de un cilindro fijo en cuya pared interior existe un gran
número de puntas afiladas, sobre las que giran las naranjas empujadas por su fuerza
centrífuga, hiriéndose completamente su superficie y lacerando las células que contienen
el aceite esencial, el cual, arrastrado por un chorro de agua, vierte por un conducto distinto
al que da salida al fruto ya trabajado. Este líquido, obtenido por decantaciones y filtrados,
se pasa a una centrifugadora, que separa perfectamente el aceite y posteriormente es
envasado en botellones de vidrio, procurando que estos no queden expuestos a la luz y
dejando en su parte superior una pequeña cámara vacía; de no hacerlo así, se corre
peligro de que se rompa el recipiente al aumentar el volumen del líquido. También es
recomendable emplear depósitos de hierro bien galvanizados en su interior, porque en
otro caso se corre el peligro de que el aceite ataque el hierro, tomando un color demasiado
oscuro. (Dra. A. de Iglesias, 2009)
•
Extractor americano de tambor
Esta máquina utiliza la fuerza centrífuga en corriente continua y consta
esencialmente de un tambor cilíndrico hueco, de acero inoxidable, cuyo diámetro es
aproximadamente 1 metro y cuya longitud oscila entre 6 y 9 metros. La superficie de todo
el tambor es rugosa, teniendo pequeños salientes que se proyectan hacia el interior.
Dentro del tambor, una guía continua en espiral, al dar dirección al fruto, hace posible que
72
este tenga que recorrer un camino más largo. El tambor gira bien sobre un eje central,
bien sobre rieles externos guiados por cilindros orlados. Junto al tambor rotatorio cae una
lluvia de agua continua. La fruta entra por un extremo del tambor, gira y choca contra los
clavos salientes y, siguiendo las guías de la espiral, abandona aquel por el otro extremo.
Las raspaduras, junto con la emulsión de esencia, se expulsan por los agujeros del
tambor situados en los salientes. (Dra. A. de Iglesias, 2009)
Esta
sencilla
disposición, aunque
completamente
inflexible, permite
la
industrialización de grandes cantidades de fruta. Sin embargo, el rendimiento en esencia
es bastante pequeño. (Retamar, 2008)
•
Maquina cianciolo o Dergal
Esta máquina fue patentada por el agrónomo del mismo nombre, y tiene como
objetivo principal eliminar la poca capacidad de producción en la industria y la excesiva
mano de obra utilizada. La máquina consta de dos rodillos horizontales de ejes paralelos
que giran en sentido contrario. Uno de estos rodillos es liso, mientras que el otro está
provisto de estrías longitudinales algo cortantes.
Las cortezas preparadas en forma análoga al procedimiento de la esponja, se
introducen entre dos cilindros, en forma tal que el cilindro rugoso tome contacto con la
superficie exterior de la corteza y el cilindro liso con la superficie interior. La comprensión
y las incisiones que produce en la corteza el cilindro estriado, provoca la salida de la
esencia. Cuando salen por debajo las cortezas, un chorro de agua cae sobre las mismas,
y por acción de arrastre separa las partes de desecho. El agua y la esencia pasan a través
de una plancha porosa que hace las veces de filtro, y se recogen en depósitos de
decantación. (Dergal, 1998)
73
•
Maquina Sfumatrici Speciale
Al contrario de las máquinas que raspan el fruto entero la sfrumatrici hace uso de
la presión de turgencia natural de la esencia, doblando la corteza en muchas direcciones,
pero sin emplear la esponja como medio absorbente. En su lugar, la esencia extraída se
arrastra con corrientes de agua, creando así una emulsión, como se hacía en las
máquinas raspadoras. Las cortezas contenidas en una tolva se conducen por una correa
sin fin provista de pestañas metálicas resistentes, a un espacio estrecho comprendido
entre la correa y otra pieza fija igualmente provista de pestañas o salientes. Las cortezas
se doblan y comprimen entre ambas superficies. La distancia que queda entre las
superficies de dos salientes se puede regular mediante tornillos y se va haciendo tanto
más pequeña cuanto más se aproxima al final del corrido. Dentro de la cámara de trabajo
y en puntos situados a la entrada y a la salida de la mercancía, hay chorros de agua cuya
misión es la de arrastrar la esencia extraída. Esta sfumatrici es completamente
automática y requiere de un motor de un 1Hp; es capaz de exprimir la esencia de las
cortezas de 1.5 TM de fruta aproximadamente en una hora. (Dergal, 1998)
•
Sistema policitrus
Este sistema de extracción es uno de los más recientes y más empleado en la
industria de extracción de zumos cítricos, además de ser un sistema perfectamente apto
para todo tipo de fruta cítrica. El sistema consiste en canales formados por rolos cubiertos
con chapa rapa por los cuales un transportador de paletas desplaza la materia prima.
Tanto la velocidad de los rodillos como el desplazamiento del transportador son
perfectamente regulables, por lo que, además de no ser necesario realizar un previo
análisis de tamaño, se puede trabajar con materia prima de distinta consistencia. Sobre
estos canales se encuentran los picos aspersores de agua emulsionada que arrastran los
74
aceites esenciales, las cascaras y las resinas hacía los FINISHERS. Estos son doble
tapa: en la primera eliminan las partículas gruesas, y en la segunda la emulsión libre de
impurezas. Esta emulsión se envía a las centrifugas concentradoras y terminadoras. La
descarga de la centrifuga concentradora se bombea a un sistema de vasos comunicantes
que en el último compartimiento tiene un filtro de malla que sirve para evitar la obstrucción
de los picos del sistema de aspersión, cerrando de esta forma el circuito de obtención de
acetes esenciales. La fruta ya raspada pasa a la expresora propiamente dicha, la que
consta de dos cilindros recubiertos de chapa rapa que giran en sentido contrario, estos
están separados por una cuchilla que se desplaza a lo largo de todos los cilindros y corta
la fruta en dos mitades que están obligadas a pasar por una malla perforadora la cual
sigue la curvatura de los cilindros, cuyo acercamiento o alejamiento produce una mayor
o menor expresión en la materia prima. A la salida del extractor, la concentración de la
emulsión oscila alrededor de 0,6% ingresando un caudal de agua de alimentación de
2.500 litros por hora. (Palacios, Citrucultura Moderna, 2011)
•
Maquina FMC
Al igual que la anterior maquinaria, ese extractor, tanto de jugo como de aceite
esencial, es el normalmente están impuestos dentro de los mercados internacionales.
Estos extractores aplican su funcionamiento al fruto entero. Por la parte de atrás del
extractor pasa un caño colector de acero inoxidable, que recibe el jugo y lo envía
directamente al tamizador, que por la parte inferior de este se descarga jugo natural y por
la parte frontal de la malla se elimina la pulpa que cae directamente al FINISHER. Por la
parte inferior del extractor se encuentran unos transportadores sin fin que se encarga de
recibir la emulsión enriquecida juntamente con trozos de cáscara. Esta transportadora
descarga en un FINISHER que separa los sólidos que se encuentran en suspensión en
75
esta emulsión, la cual se bombea a los tanques pulmón ubicados inmediatamente arriba
de la centrifugadora concentradora. La alimentación de esta se realiza por gravedad,
previa homogeneización de la emulsión, y se agita a muy bajas revoluciones para evitar
la incorporación de aire, pues es importante conseguir valores constantes de
concentración para un trabajo más eficaz de las centrífugas. Normalmente a la salida. La
emulsión concentrada es impulsada por la propia centrífuga terminadora a fin de obtener
el producto que, finalmente, se lleva a la sección de envasado. El envasado se realiza en
tambores galvanizados o estañados de 200 litros. A la salida del extractor, la
concentración de la emulsión oscila alrededor de 1 al 1,2% necesitando para este efecto
una alimentación de caudal de agua de 800 a 900 litros por hora. (Palacios, Citrucultura
Moderna, 2011)
2.3.1.4.
Separación de la emulsión
Con excepción del método de la esponja en todos los procedimientos de
extracción de la esencia se debe separar ésta de la emulsión y de las partículas que la
acompañan.
En primer lugar, y con el objetivo de separar las partículas groseras, raspaduras
de corteza, tierra que siempre queda por causas de un mal lavado, entre otros de la fase
líquida, resulta esencial realizar un tamizado eficaz. Este trabajo se lo puede realizar
mediante unos tamices o cribas finas de cobre, o bien, mediante mallas muy finas
adaptadas con una prensa que se encarga de estrujar las raspaduras quedando estas
secas y prácticamente sin esencia. Un método primitivo y suficientemente sencillo,
empleado aun en Italia y por pequeños industriales, consiste en recoger la emulsión en
una serie de vasos florentinos y permitir que la esencia, junto con las partículas
residuales, se separe en la porción superior. A continuación, se utiliza cierta cantidad de
76
lana que se impregna con la fase oleaginosa y, por último, se comprime en una prensa
ordinaria de tornillo que destruye la emulsión, apareciendo en primer lugar el agua y al
final la esencia, mientras que las partículas quedan retenidas en la lana. Otro método
moderno de separación de estas partículas sólidas consiste en usar centrífugas continuas
especiales que permitan que estos sólidos se puedan descargar sin interrupción.
(Palacios, Citrucultura Moderna, 2011)
Otro método patentado por Bennett (1931), consiste en la adición de pequeñas
proporciones de bicarbonato sódico (2%) y algo de sulfato del mismo catión, en el agua
utilizada para arrastre de la esencia en los distintos métodos de extracción por prensado.
Son varios los principios que originan la adición de estas sales: como estas sales son
fácilmente solubles, el peso específico del agua se eleva, creándose de este modo una
mayor diferencia entre las densidades del agua y de la esencia, ya que la de esta última
está bastante cerca de la unidad (aproximadamente 0,850). Lo mismo se puede decir con
respecto a las tensiones superficiales de los componentes de la emulsión.
Palacios (2011) afirma que el sulfato sódico o las sales análogas a él, tienden a
neutralizar las cargas eléctricas de las micelas coloidales, así como el bicarbonato sódico
neutraliza la acidez de la parte fluida de las cortezas evitando cualquier efecto adverso
posible del medio ácido sobre la calidad de la esencia en suspensión. Además, la
actividad de varias enzimas que se hallan presentes en la emulsión, y que son
normalmente activos en medio ácido, se inhíbe a un pH más elevado. En cualquier
método a desarrollar, siempre está presente algo de pectina, proveniente de la corteza
de la naranja, que es un emulgente muy fuerte, la acción del bicarbonato sódico se puede
explicar cómo rompedora del efecto emulgente de la pectina al formar pectatos de sodio,
cuya naturaleza es menos gelatinosa. Una vez realizada la adición de estos componentes
al agua de arrastre, la esencia queda lista para ser separada de la emulsión por cualquiera
77
de los métodos anteriormente descritos. Las esencias de los agrios recuperadas por el
procedimiento de Bennett son totalmente iguales en calidad a las obtenidas mediante el
método de la esponja, las cuales son consideradas como las más próximas al estado
natural en que se encuentran segregadas en la corteza.
2.3.1.5.
Extracción por disolventes
Este método consiste en tratar el material vegetal con disolventes, los cuales
deben presentar un punto de ebullición bajo, deben ser inertes e inmiscibles con el agua.
Se usan generalmente el etanol, benceno, acetona, hexano, metano, éter etílico, entre
otros. Con estos solventes se extrae los aceites esenciales, que son solubles en ellos.
Estos aceites esenciales se encuentran en los troncos y demás partes de la planta.
Adicionalmente, en este método de extracción se hace uso de un instrumento extractor
soxhlet, el cual funciona como una cámara de extracción continua. (Lamarque, y otros,
2008)
Para la recuperación de los aceites esenciales de la corteza de los agrios, se
encuentra en la literatura una gran cantidad de métodos propuestos que utilizan para tal
efecto diversos tipos de disolventes, tales como alcohol, éter de petróleo, entre otros.
Estos métodos no han tenido mayor repercusión en el mercado debido a que los mismos
presentan varios inconvenientes desfavorables en cuanto se refiere a la calidad de la
esencia. Los disolventes orgánicos extraen de la corteza una gran cantidad de impurezas
junto con la esencia. Por la otra parte, es extremadamente difícil la separación completa
del disolvente de la esencia ya que el disolvente residual hace que la esencia no tenga
valor como sustancia aromatizante. (Retamar, 2008)
78
El método de extracción por disolventes, más que utilizados para la extracción del
aceite esencial de la corteza de los cítricos, tiene mayor aplicación en la recuperación de
la esencia de neroli a partir de capullos de naranja. La extracción de esta esencia se la
realiza por enfleurage o por extracción en contracorriente.” (Retamar, 2008)
2.3.1.6.
Extracción por presión y centrifugación del jugo
Este método fue diseñado con el fin de reducir el excesivo empleo de mano de
obra con el que se trabaja en todos los métodos anteriormente estudiados, pero la única
dificultad es que sólo debe emplearse para extracciones en gran escala, de caso contrario
no sería rentable desde ningún punto de vista.
Según RETAMAR (2008) el método se basa en obtener, al mismo tiempo, la
esencia y el zumo para luego separarlos mediante centrifugación. “La fruta lavada se
pasa por un triturador que consta de tres cilindros de fundición recubiertos por la cara y
por los lados de una capa de metal de 0,16 cm de grosor. La fruta cae sobre cilindros y
pasa entre ellos; la distancia que separa un cilindro de otro es de 1,27 cm. La mercancía
se aplasta y una mitad aproximadamente del zumo se expulsa. Después, pasa aquella
entre la parte superior del segundo cilindro y fondo del tercero (la separación es
aproximadamente de 0,32 cm), siendo exprimido el resto del zumo. Debido al trabajo
realizado por el triturador, la mayor parte de la esencia, junto con todos los componentes
líquidos de los tejidos, queda expulsada de la corteza al mismo tiempo que se exprime el
zumo que la fruta contiene. La mezcla de pulpa, esencia y zumo, se tamiza después; al
principio, este tamizado es grosero, realizándose sobre una malla de 0,32 cm de paso,
ligeramente inclinado y rotatorio; a continuación, sufre la mezcla un segundo tamizado
por mallas muy finas, dispuestas de un modo semejante. Después que la pulpa se ha
quitado en su mayor parte, se centrifuga la mezcla de zumo y esencia. En este caso la
79
separación de este último producto no es completa; hay siempre una fase que presenta
gran dificultad a la separación.
Además, dice que, en esta operación, la esencia que sale de las centrífugas no
es limpia y debe clarificarse otra vez. Finalmente, los zumos así obtenidos contienen
usualmente considerables cantidades de esencia que, con el tiempo, causan alteraciones
en el sabor de aquellos.
2.3.1.7.
Extracción por destilación con arrastre de vapor
Palacios (2011) indica que este método se basa en una propiedad característica
de los aceites esenciales, que es la de destilar con vapor. El punto de ebullición de los
aceites es superior a los 100°C, aunque algunas veces se logra destilar a presiones
atmosféricas, casi siempre se lo hace a presiones de vacío. En lo que se refiere a la
utilización de este método para la extracción de aceites esenciales de frutos cítricos
debemos destacar que el mismo no es muy empleado, debido a que, si bien se obtiene
un mayor rendimiento, la calidad del aceite obtenido no se compara con la del aceite
obtenido por prensado. Cabe señalar también, que el mayor rendimiento, del que se hace
mención con anterioridad, obtenido por destilación no es muy significativo con respecto
al rendimiento obtenido con el método de prensado.
Basado en su investigación él dice que el método es bastante sencillo, y
generalmente se lo aplica a nivel laboratorio para determinar la cantidad de esencia
contenida en el epicarpio de los frutos cítricos. El fruto debes ser en primer lugar pelado
uniformemente, la cáscara obtenida de manera uniforme es sometida a una trituración, la
masa de serrín, empapada de aceite, se somete a una destilación por arrastre de vapor,
a presión reducida (vacío) y manteniendo una temperatura de 50 a 60°C.
80
Además, la calidad del aceite esencial obtenido, depende también de la
temperatura empleada para la destilación, a menor temperatura empleada (lo que implica
mayor vacío) mejor será la calidad del aceite obtenido. El aceite obtenido mediante este
método mantiene siempre su olor y sabor característico, pero en cuanto a olor respecta
es incoloro y falto de material al ser sometido a una evaporación. El contenido de
aldehídos y ésteres es mucho más bajo que en el obtenido por prensado, variando de
esta manera las características odoríferas del aceite. Otro factor que incide de forma
negativa en la aplicación de este método, es el económico y costoso que este resulta en
comparación con el método de prensado. Este método es usado generalmente para la
extracción de aceite esencial de hojas y flores.
En este método hay una clara división entre la parte vegetal y el agua líquido. EL
vapor de agua entra en contacto con el material vegetal y son estas las que reciben el
calor latente generado por el vapor de agua, pero que, gracias a la corriente de vapor,
pueden ser arrastrados estos componentes. La ventaja de una destilación de aceites
esenciales realizada mediante arrastre por vapor radica en la pureza del aceite obtenido
al no utilizar un solvente o componente adicional en su obtención; además de ser un
método de bajo costo a nivel industrial. (Lamarque, y otros, 2008)
2.3.2. Para la extracción de Pectina
El procedimiento general para la obtención de pectina de diferentes materias
primas no cambia, en su esencia es el mismo para todas, los procesos principales son la
inactivación de enzimas pépticas en las cáscaras, hidrólisis ácida y precipitación de la
pectina.
81
Existen diversas variantes del proceso de obtención de pectina, a continuación,
se describe el básico y típico, que se divide en tres fases: pretratamiento, extracción y
homogeneización.
Zegada (2015) indica que el pretratamiento consta del secado del material del cual
se extraerá la pectina hasta aproximadamente un 10% de humedad, seguido de una
trituración. La extracción consiste, básicamente, en la hidrólisis ácida (la etapa más
importante) en condiciones específicas de pH, temperatura y tiempo, las cuales son las
variables independientes que determinan la calidad del producto y el rendimiento del
proceso. Las etapas subsecuentes son: la operación de clarificado, donde se separa la
solución de pectina del bagazo, una precipitación alcohólica y posterior centrifugado o
filtrado, donde se aísla la pectina de dicha solución. Finalmente, la pectina húmeda se
seca con aire caliente hasta una humedad apropiada, para luego lograr la
homogeneización del tamaño de partícula del producto mediante el pulverizado como se
muestra en el diagrama de flujo en la figura15.
También dice que combinaciones de pH bajo, temperatura alta y tiempo elevado,
dan lugar a la degradación de la pectina, reduciendo el tamaño de las moléculas,
afectando, de esta manera, su viscosidad. Bajo estos parámetros, se incrementa también
la hidrólisis de los grupos carboxilos, reduciendo el porcentaje de esteres metílicos en las
cadenas. En el caso opuesto (pH alto, temperatura baja y tiempo corto) se logra hidrolizar
un porcentaje muy bajo de pectina, obteniéndose un bajo rendimiento.
82
Figura 15
Proceso de extracción de pectina
Residuos de naranja
Solución ácida
Hidrolisis acida
Clarificado
Alcohol
Bagazo
Precipitación
Filtrado
Residuo Líquido
Secado
Pulverizado
Pectina en polvo
Fuente: Elaborado con base en datos de Zegada, 2015
El rango de pH generalmente utilizado para la extracción de pectina varía entre
1,5 y 3. Dentro de este rango, Joye, D. y Luzio, G., A. (2000) han probado que, sin adición
de sales polivalentes, en extracciones con un pH entre 3 y 3,3 es posible extraer sólo la
pectina no sensible al calcio, mientras que, con un pH cercano a 2 se logra, también, la
extracción del resto de la pectina.
Fishman, M. L., et al., utilizando valores de pH entre 1 y 3, han confirmado el
incremento del rendimiento con el descenso del pH y, por otro lado, la obtención de una
mayor masa molar y viscosidad intrínseca con el incremento del mismo. Por lo tanto, es
recomendable acercarse a un valor medio dentro de este rango.
Del mismo modo, en estudios pasados se han utilizado medios alcalinos para la
extracción de pectina. Mediante la extracción bajo estas condiciones, se ha logrado una
83
ruptura de enlaces similar a la de la extracción en medio ácido, sin embargo, se causa
inestabilidad en la cadena principal de la pectina, que tiende a descomponerse y, en
consecuencia, no es posible realizar la precipitación alcohólica.
Mientras el tiempo de extracción por el método convencional varía entre 30 y 360
minutos, diversos estudios del método microondas han obtenido buenos resultados con
tiempos menores a 15 minutos. Yeoh, S., et al. obtuvieron un rendimiento casi constante
para tiempos que variaron entre 5 y 15 minutos, afirmando, además, que al aplicar una
extracción por HMO durante 15 minutos, se logró obtener la misma cantidad de pectina
que con una extracción de 3 horas por el método Soxlet. Por su parte, Fishman, M. L., et
al. aplicaron un método de extracción por HMO bajo presión elevada, utilizando residuos
de lima, con un tiempo de extracción que varió entre 2,5 y 15 minutos, obteniendo los
mejores rendimientos para el rango de 2,5 a 6 minutos.
Paralelamente a las ventajas de la extracción asistida por microondas,
relacionadas al ahorro de energía y tiempo, existen algunos peligros con respecto al
efecto de las ondas electromagnéticas en la estructura molecular y las células del material
sobre el cual se aplican. Zhongdong, L., et al. realizaron un estudio de imagen, a nivel
microscópico, comparando la pectina extraída por los métodos por hidrólisis convencional
y por HMO. Los resultados demostraron que, a una potencia de 1000 W y aplicando 5
minutos de extracción, la radiación microondas tiene un efecto destructivo sobre la
organización de la estructura de la piel de naranja; efecto más intenso que el ocasionado
realizando una extracción durante 18 horas por el método convencional. Por otra parte,
el efecto de hinchazón generado por las microondas causa, inclusive, daño en las células.
Por esta razón, es necesario el estudio de menores potencias de operación.
84
Las temperaturas generalmente aplicadas para la extracción de pectina varían
entre 40 y 100 °C. Gilabert ha demostrado que, aplicando una temperatura elevada (80
°C), durante un periodo mayor a 40 minutos, se reduce el tamaño de las cadenas y el
poder gelificante de la pectina. Al emplearse el calentamiento por microondas en la
extracción, por el contrario, la muestra no se expone durante un periodo elevado a
temperatura alta ni pH bajo, lo cual, podría mejorar la calidad de la pectina. Sin embargo,
puede darse lugar a otro tipo de degradación causada por las ondas electromagnéticas
propias de la radiación microondas.
Por otra parte, el mayor porcentaje de los costos del proceso de obtención de
pectina, a nivel industrial, es generado por el solvente ácido y alcohol usados en las
operaciones de hidrólisis y precipitación, respectivamente.
2.4.
Selección del método para la extracción de Aceite esencial y Pectina
La extracción de aceites esenciales de cítricos ha sido estudiada por varios
autores.
Ferhat, Meklati, Smadja, & Chemat (2006) extraen aceite esencial a partir de
cáscara de naranja comparando los rendimientos de los procesos de hidrodestilación y la
destilación asistida por microonda (MAD), obteniendo una mayor fracción de compuestos
oxigenados mediante este último método, además de obtener un menor daño estructural
del material vegetal.
Blanco Tirado, Stashenko, Combariza, & Martinez (1995) realizaron un estudio
comparativo de los aceites esenciales extraídos por destilación con vapor y presión en
frio de las cáscaras y hojas de los cítricos colombianos, mediante análisis de
cromatografía de gases de alta resolución usando un detector selectivo de masas,
85
concluyendo en que no existe una diferencia cuantitativa ni cualitativa en la composición
entre los aceites esenciales de las cáscaras de los cítricos obtenidos por los dos métodos.
La obtención de pectina a partir de cascaras de naranja ha sido estudiada por
Fishman, Walker, Chau, & Hotchkiss (2003) realizando una extracción acida al albedo de
la naranja mediante una inyección de vapor a baja presión (15 psi), obteniendo pectinas
de alto metoxilo. Mesbahi (2005), realizo un estudio comparativo de las pectinas de
cítricos y de la remolacha en sistemas alimenticios con el fin de optimizar la extracción de
las mismas y búsqueda de posibles nuevos usos.
Liu y Yeoh (2008) estudiaron la extracción de pectina a partir de la cascara de
naranja a diferentes relaciones de solvente, pH y diferentes técnicas de extracción usando
agua.
Considerando toda la información antes presentada se nota que los diferentes
procesos son estudiados de manera individual. Este proyecto busca la integración del
proceso de extracción de aceite esencial y de pectina en un solo proceso para su posterior
aplicación a un escalamiento. Haciendo una comparación de los principales métodos de
extracción de aceites esenciales, como se muestra en la tabla 16, se evidencia que el
método que presenta mayores ventajas para su escalamiento industrial es el método por
arrastre de vapor. Además, que al ser un método que no necesita de ningún aditivo
químico, representa un menor costo de operaciones y como no hay aditivos el aceite
extraído es más puro por lo tanto de mejor calidad. Es por esa razón que se selecciona
este método para integrarlo al proceso de extracción de pectina. También resalta que el
método de extracción por arrastre de vapor, permite todavía aprovechar la cascara de
naranja que queda después de extraerle el aceite, lo que representa una oportunidad de
aprovechar de manera integral el fruto.
86
Tabla 16
Comparación de los principales métodos de extracción de aceites esenciales
Metodo de
extracción
Ventajas
Método industrial y de laboratorio
Extracción por
arrastre de
vapor
Extracción con
solventes
volátiles
Buenos rendimietno en aceite extraído
Obtención del aceite puro, libre de solvente
Bajo costo
Tecnología no sofisticada
Uso de temperaturas bajas
No provoca termo destrucción ni alteración
química de los componentes del aceites
Posibilidad de separación de componentes
individuales
Limitaciones
Procesos colaterales como polimerizacion de
los terpenos
Hidrólisis de ésteres
Destrucción térmica de algunos
componentes
No es aplicable a flores
Costoso
Contaminante del ambiente, riesgo de
incendio y explosión
Dificil separar compltamente el solvente sin
alterar la composicion del aceite
Co-extracción de ácidos grasos, ceras y
pigmentos
Alto rendimiento
Extracción con
CO2
supercrítico
Maceración
con solvetes
no volátiles y
enfleurage
Ecologicamente limpio
Facil retiro y reciclaje del solvente
Bajas temperaturas de extracción
No hay alteración química del aceite
Cambiando párametros operacionales se
puede variar la composición del aceite
Uso de bajas temperaturas
Ausencia de destrucción térmica y deterioro
químico de los componentes del aceite
Extracción de esencias flores delicadas
Ácidos grasos, pigmentos y ceras tambien
pueden ser extraidos junto con el aceite
esencial
Alta inversión inicial
Operación costosa, demorada
Poco rendimietno del aceite
Díficil separación del solvente (aceites
vegetales)
Fuente: Reproducido de Aplicación del método por arrastre de vapor para la extracción
de esencias con Proyección industrial (p. 24) por Rios y Yujra, 2020
Para el desarrollo del proyecto se propone integrar el método de extracción por
arrastre de vapor para el aceite esencial y el método de hidrólisis acida para la pectina.
87
“LA INVESTIGACIÓN ES LO QUE HACE
QUE UN PAÍS SE DESARROLLE”
Patricia Ostrosky
CAPÍTULO III
ESTUDIOS
PREVIOS Y
EXTRACCIÓN EN
LABORATORIO
88
3.
CAPITULO III ESTUDIOS PREVIOS Y EXTRACCIÓN EN
LABORATORIO
La importancia de la experimentación radica en la posibilidad de poner a prueba
variables y comprobar la influencia de estas, si ocurre en todos los casos o si por el
contrario no tienen gran influencia. Con la experimentación se genera un pensamiento
más creativo y se cimientan las bases para la investigación, además de permitirnos
comprender paso a paso. En este capítulo se mostrará los estudios previos que
abordaron un tema parecido y sientan como precedente en el proyecto, además de
realizar la experimentación de extracción en laboratorio que permite ver el paso a paso
de los procesos que se integran para el proyecto.
3.1.
Estudios previos
En los últimos años se han realizado investigaciones y estudios referentes y/o
relacionados con la obtención de aceites esenciales y pectina, a continuación, se
mencionan los más influyentes en el presente proyecto:
I.
Cerón Salazar Ivonne, Cardona Alzate Carlos (2011) Evaluación del proceso
integral para la obtención de aceite esencial y pectina a partir de cascara de
naranja. Manizales – Colombia. En este trabajo se presentó la extracción de
aceite esencial y pectina a partir de la cascara de naranja (Citrus sinensis)
como un proceso integral. Se realizo el proceso de extracción utilizando un
simulador comercial adaptándose al proceso real. Se realizaron pruebas
experimentales con un kilogramo de cascara de naranja procesado a las
mismas condiciones de la simulación con el fin comparar los rendimientos
obtenidos, logrando una concordancia adaptable.
89
II.
Rios Flores, R. Z. y Yucra Rojas, M. (2020) Aplicación del método por arrastre
de vapor para la extracción de esencias con proyección industrial. La Paz –
Bolivia. El proyecto pretende mostrar oportunidades de transformación como
una contribución académica tecnológica para la población interesada en
incursionar actividades relacionadas con la comercialización de esencias.
Para ello, tomó como referencia el “Método de extracción por arrastre de
vapor” que enfoca la separación de sustancias insolubles en agua y
ligeramente volátiles de otros productos no volátiles. La experiencia recoge la
contextualización del nivel piloto como un mecanismo orientador y guía
referencial para quienes deseen promover nuevas actividades de extracción
de esencias.
Estos estudios previos sienten la base para la elaboración del presente proyecto
y dan las directrices que orientan la experimentación de los procesos que se busca
integrar. Específicamente el proceso de extracción por arrastre de vapor y el proceso de
hidrolisis acida.
Para las experiencias previas se estudió los procesos de manera individual, es
decir primero se experimentó solo el proceso de extracción por arrastre de vapor para la
extracción de aceite esencial y en una segunda fase se experimentó el proceso de
hidrolisis acida para la extracción de pectina con el fin de identificar los posibles puntos
de control y riesgo de tal manera que lo aprendido sea de provecho en la experimentación
del proceso integral. Para la Ingeniería del proyecto en el Capítulo 5 se experimentó el
proceso integral que une ambos procesos mencionados.
90
3.2.
Ensayos en laboratorio para la extracción de aceite esencial
Para el desarrollo del proyecto se realizó ensayos de laboratorio con diferentes
plantas para aprender sobre el proceso de extracción seleccionado: Destilación con
arrastre de vapor, se obtuvo aceites esenciales de Romero, Cedrón. Eucalipto, Khoa,
Cáscara de Limón, Cáscara de Naranja. En la ilustración de la Figura 16 se observa la
materia prima con la que se trabajó.
Figura 16
Ilustración de las Materias Primas usadas para la experimentación
Fuente: Elaborado con base en fotos tomadas por el autor, 2022
91
3.2.1. Materiales para la experimentación
La materia prima para realizar los diferentes estudios previos se obtuvo de
diferentes lugares. El romero, el cedrón y la khoa se compraron en las tiendas naturistas
ubicadas en la calle Santa Cruz, del departamento de La Paz. El eucalipto se recolecto
de la flora silvestre existente en el campus universitario en Cota Cota en la ciudad de la
Paz. La cáscara de limón se obtuvo de manera gratuita de los comercios que expenden
crema batida en los mercados populares de la zona 14 de septiembre, de la ciudad de La
Paz. En la Tabla 17, se detalla de manera puntual el origen de las plantas aromáticas con
las que se realizó los ensayos:
Tabla 17
Origen de la materia prima para experimentación
Materia Prima
Romero
Cedrón
Eucalipto
Khoa
Cascara de Limón
Origen
Tiendas Naturistas
Tiendas Naturistas
Campus Universitario de Cota Cota
Tiendas Naturistas
Residuos despues de la extracción del jugo
La cáscara de naranja para realizar las pruebas para el proyecto se obtuvo en su
gran mayoría de manera gratuita y un pequeño lote se compró, de los comerciantes
ambulantes en carritos en la ciudad de La Paz. Para una última prueba se compró naranja
fresca en el mercado “El Tejar” para pelarla en el momento de la experimentación y
separar solo la cáscara.
92
Figura 17
Ilustración de las diferentes cáscaras de naranja usadas para la experimentación
Fuente: Elaborado con base en fotos tomadas por el autor, 2022
En la ilustración de la figura 17 se ven las diferentes cascaras usadas para la
experimentación. La cascara en tiras y en cascos se recolecto día antes de la
experimentación. La cascara fresca se pelo de las naranjas el mismo día de la
experimentación.
3.2.2. Equipos de Laboratorio
El extractor de aceites esenciales que se utilizó para las pruebas fue el equipo
existente en el Laboratorio de Procesos Industriales en el Instituto de Investigaciones
Industriales, se muestra en la Figura 18. El equipo de extracción fue adquirido con fondos
concursables IDH (Impuesto Directo a los Hidrocarburos), ganado en el año 2012 y fue
montado para su uso y desarrollo del presente proyecto en el año 2018. Mediante el
93
Extractor de Aceites, es posible obtener el Aceite Esencial y el Hidrolato o Agua Madre
que contienen las plantas.
El método utilizado para la extracción de los aceites esenciales es la Destilación
por Arrastre de Vapor. A partir de este método, la materia prima únicamente entra en
contacto con vapor de agua, sin la necesidad de agregar solventes químicos, lo que
asegura un aceite esencial de alta calidad.
El equipo extractor de aceites esenciales ha sido diseñado para obtener la máxima
pureza en el proceso de destilación, resiste choques térmicos y altas temperaturas.
Figura 18
Equipo de extracción de aceites esenciales en el Laboratorio de Procesos
Los componentes del equipo mostrado en la Figura 18 en su configuración básica,
están detallados en la ilustración de la Figura 19.
94
El equipo tiene capacidad piloto. Este mismo permite definir las viabilidades
técnicas y económicas de la producción de aceites esenciales e hidrolatos. Permite
proyectar las extracciones de mayores escalas, así como también obtener una alta
producción para la comercialización.
Figura 19
Componentes del equipo de extracción de aceites esenciales por arrastre de vapor
Fuente: Tomado del Manual de extractor de aceites escala piloto (p. 4) por Figmay, 2018
95
Características de los componentes del equipo:
-
Cámara de extracción: Hecha de material de vidrio de borosilicato marca
Schott Duran, resistente a la corrosión química.
-
Condensador de alto rendimiento: Hecha de material de vidrio de
borosilicato.
-
Sistema de calefacción por velas de cuarzo
-
Sistema de seguridad de nivel constante: El cual evita el funcionamiento del
equipo en condiciones dañinas y alerta al operador
-
Tablero electrónico de comando
-
Canasto de acero inoxidable para colocar la materia prima.
-
Válvula de descarga con llaves selectoras: hechas de material de borosilicato
marca Schott Duran y PTFE.
-
Estructura autoportante de acero pintada en epoxi
-
Bocas: Estratégicamente ubicadas, para una fácil y rápida limpieza del
equipo.
-
Volumen de la cámara de extracción: 20 litros.
3.2.3. Ensayo en laboratorio
El desarrollo de la parte experimental del proyecto de investigación se llevó a cabo
en las instalaciones del Laboratorio de Procesos Industriales de la carrera de Ingeniería
Industrial de la Universidad Mayor de San Andrés. Se observa en la fotografía de la Figura
20 el laboratorio de manera panorámica, se ve el equipo de extracción de aceites
esenciales al fondo, también se observa el equipo de destilación con columna de relleno
y el equipo de destilación con columna de platos.
96
Figura 20
Laboratorio de Procesos en el Instituto de Investigaciones Industriales de la Universidad
Mayor de San Andrés
La materia prima utilizada en la experimentación fue: Romero, Cedrón, Eucalipto,
Khoa, Cascara de Limón, aplicando el método de arrastre de vapor.
Los ensayos de experimentación que se describirán a continuación se
identificarán con el siguiente código:
Especie – número de prueba correlativo
Especies: J: jengibre, R: romero, E: eucalipto, C: cedrón, K: Khoa, L: cascara de
limón.
Por ejemplo: el primer ensayo con eucalipto será identificado como E-1
3.2.4. Condiciones de experimentación
Las condiciones generales bajo las cuales se realizaron las pruebas fueron:
97
-
Temperatura ambiente 17°C - 18°C
-
Temperatura del punto de agua de red en el laboratorio: 20 °C
-
Tiempo en la válvula de descarga y decantación: 2 horas
aproximadamente
-
Tiempo de extracción: 2 horas a partir de ebullición
En el desarrollo de la experimentación se analizó las siguientes variables:
-
Rendimiento del aceite obtenido con respecto a la materia prima inicial
-
Tiempo de destilación
-
Origen de la materia prima utilizada
-
Temperatura en las diferentes etapas del proceso
3.2.5. Proceso de extracción por arrastre de vapor
El diagrama de operaciones del proceso de extracción de aceite esencial por el
método con arrastre con vapor que se siguió para la experimentación se detalla en el
diagrama de bloques de proceso de la figura 21.
El proceso de extracción por arrastre de vapor seguido para la experimentación
tiene una operación que es variable en función de la materia prima a procesar, esta
operación es el “lavado”. Para el caso del eucalipto y cedrón no se procede a lavarlas
debido a que estas hojas perderían gran parte de su esencia en tal operación. En
remplazo de esta se procede a quitar todas las ramas, quedando solo las hojas. Sin
embargo, para la cáscara de limón y el romero se siguió la operación de lavado con
normalidad.
98
Figura 21
Diagrama de bloques del proceso de extracción de aceites esenciales con arrastre de
vapor
Recepción de Materia Prima
Lavado
Secado
Cortado
Pesado
Destilado
Vap or d e agua 87°C
Condensado
Decantado
Hidrolato
Aceite Esencial
Fuente: Elaborado con base en datos de la sección 2.3
3.2.6. Descripción del proceso
A continuación, se describen las operaciones de cada etapa u operación del
proceso seguido para la experimentación:
Recepción de Materia Prima: El material deben ser recepcionado en un
contenedor abierto para dejar que se ambiente, y así evitar la acumulación de humedad
y por consiguiente la formación de hongos.
99
Lavado: Las hojas, ramas, cáscaras se lavaron dentro de una bandeja para evitar
pérdidas se materia prima. En el caso del eucalipto no se lavan las hojas, por lo cual se
omite esta operación.
Secado: El material lavado se pone esparcido sobre bandejas para secarse y así
quitarle la mayor cantidad de humedad. Las secamos por un aproximado de una hora a
temperatura ambiente.
Cortado: Las hierbas como el Romero y la Khoa se cortan en partes muy
pequeñas. En el caso del Eucalipto y el Cedrón se trabaja con las hojas quitándole todas
sus ramas; y en el caso de la cáscara de limón se corta en pedazos aproximados de 2
por 2 cm. Se realiza el cortado de la materia prima para aumentar la superficie de contacto
con el vapor.
Pesado: Las muestras se pesan en una balanza industrial
Destilado: El material vegetal debe ser empacado en la cesta del extractor.
Dejándolo caer lentamente dentro de ella, no se debe aplastar ni empujar el material
dentro del cesto.
Condensación:
Se
realiza
el
proceso
de
extracción
por
2
horas
aproximadamente, revisando constantemente el flujo de agua fría en el condensador. El
proceso de extracción termina cuando se observa que la cantidad de aceite se mantiene
constante.
Decantación: De la destilación se obtiene una emulsión de agua y aceite que se
separa por decantación simple. Se recibe el Hidrolato o agua floral de forma continua.
Cuando termina la extracción, se espera a que todo el aceite se concentre y después
100
recién se lo recoge en frascos de color ámbar para evitar la posible descomposición del
aceite por efecto de la luz por el alto índice de volatilidad que tienen todos los aceites
esenciales.
En la ilustración de la figura 22 se observa el proceso de extracción de la
experimentación realizada en el laboratorio.
Figura 22
Proceso de extracción por arrastre de vapor de aceite esencial en el laboratorio
Fuente: Elaborado con fotografías recopiladas por el autor del ensayo en laboratorio,
2022
101
3.2.7. Resultados de la experimentación
En la tabla 18 se muestran los datos obtenidos de la experimentación con las
diferentes plantas.
Tabla 18
Resultados de extracción de aceite esencial de romero, cedrón, eucalipto, khoa, cáscara
de limón
Romero
Codigo
Muestra
Inicial (g)
Tiempo
(min)
R-1
R-2
501,00
381,70
300
180
Codigo
Muestra
Inicial (g)
Tiempo
(min)
C-1
C-2
945,60
472,80
320
180
Codigo
Muestra
Inicial (g)
Tiempo
(min)
E-1
E-2
1003,40
1500,50
300
360
Codigo
Muestra
Inicial (g)
Tiempo
(min)
K-1
K-2
777,08
779,51
480
360
Codigo
Muestra
Inicial (g)
Tiempo
(min)
L-1
L-2
2273,00
1062,70
480
360
Temperatura Material
del vapor de Residual
agua (°C)
(g)
88
88
455,91
347,35
Cedrón
Temperatura Material
del vapor de Residual
agua (°C)
(g)
89
89
860,496
430,248
Eucalipto
Temperatura Material
del vapor de Residual
agua (°C)
(g)
89
89
913,094
1365,455
Khoa
Temperatura Material
del vapor de Residual
agua (°C)
(g)
85
85
5,28
4,53
2371,88
1108,93
5,76
4,95
0,92
0,92
1,05%
1,19%
Masa de Volumen
Densidad
Rendimient
Aceite de Aceite
teórica (g/ml)
o
(g)
(ml)
6,00
3,20
6,742
3,6
0,89
0,89
0,63%
0,68%
Masa de Volumen
Densidad
Rendimient
Aceite de Aceite
teórica (g/ml)
o
(g)
(ml)
6,70
9,90
7,3
10,74
0,92
0,92
0,67%
0,66%
Masa de Volumen
Densidad
Rendimient
Aceite de Aceite
teórica (g/ml)
o
(g)
(ml)
707,14
6,63
709,35
6,71
Cáscara de limón
Temperatura Material
del vapor de Residual
agua (°C)
(g)
77
83
Masa de Volumen
Densidad
Rendimient
Aceite de Aceite
teórica (g/ml)
o
(g)
(ml)
6,97
7,06
0,95
0,95
0,85%
0,86%
Masa de Volumen
Densidad
Rendimient
Aceite de Aceite
teórica (g/ml)
o
(g)
(ml)
72,74
32,09
86,59
37,76
0,84
0,85
3,20%
3,02%
Fuente: Elaborado con base en datos recopilados de la experimentación realizada, 2021
102
Solo se realizaron dos pruebas con cada material, la información de interés de
estas experiencias previas era para poder calibrar la maquinaria y ver el funcionamiento
de esta. Con los datos que se recolecto de cada prueba se fue mejorando
progresivamente el manejo del equipo además que se hicieron optimizaciones en las
conexiones de entrada y salida de agua del equipo. Los rendimientos que dio el equipo
en las pruebas realizadas están dentro de los rendimientos teóricos que tienen dichas
plantas. Además, concuerdan con los rendimientos teóricos que el mismo equipo tiene
en sus especificaciones técnicas (véase la tabla 19). Con el equipo ya calibrado y con las
optimizaciones hechas se procedió a realizar las pruebas que son de interés del proyecto.
También se resalta que las segundas pruebas con cada planta tuvieron mejores
rendimientos, esto debido a que en la segunda prueba se utilizó como fuente de vapor al
hidrolato obtenido en su primera prueba.
Tabla 19
Rendimientos teóricos de extracción de aceite esencial por arrastre de vapor
Nombre Común
Anis
Melisa
Albahaca
Bergamota
Manzanilla
Cananga
Cardamomo
Cassia
Apio
Canela
Pimienta
Romero
Sandalo
Molle
Menta Americana
Tomillo
Oregano
% de
Rendimiento
Pinpinella anisum - Frutos
1,5 - 4
Melissa officinalis - Hojas
0,1 - 0,2
Ocimun basilicum - Hojas
0,1 - 0,2
Citrus bergamia - Cáscara fruto
0,5 - 0,7
Matricaria chamomilla - Flores
0,3 - 1
Cananga odorota - Flores
0,5 - 1
Elettaria cardamomun - Frutos
3,6
Cinnamonun cassia - Corteza
0,3 - 0,5
Apium graveolens - Frutos
1,5 - 2,5
Cinnamomun zeylanicum - Corteza
0,5 - 0,8
Piper sp. - Frutos secos
1 - 2,7
Rosmarinus officinalis - Hojas
0,5 - 1,2
Santalum album - Leño
4,5 - 6
Schinus molle - Frutos secos
5-jul
Mentha spicata - Hojas
0,6 - 1
Thymus sp. - Hojas
0,5 - 1,5
Origanum sp. - Hojas
1 - 1,5
Origen Botanico
Compuesto Principal
Anetol
Geraniol, Citrial
Metilchaviclo,Linallol
Linalil, Esteres
Azuleno, A-bisabol
Alcoholes Sesquiterpenos
Cineol, Terpineoles
Cinamaldehido
Sedanólidos
Cinamaldehido
Monoterpeno
Cineol, Borneol
Santaloles
B-felendreno
Carvona
Timol
Carvacrol, Timol
103
Nombre Común
Citronela
Clavo
Coriandro
Estragon
Hinojo
Ajo
Jenjibre
Enebro
Lavanda
Limon
Menta
Nuez moscada
Naranja amarga
Naranja dulce
Palmarrosa
Pachuli
% de
Rendimiento
Cymbopogon nardus - Hojas
0,5 - 0,7
Syzygium aromaticum - Botones flora
14 - 21
Coriandrum sativum - Frutos
0,1 - 1
Artemisia dracunculus - Hojas
0,3 - 1,5
Foeniculum vulgare - Frutos
4,0 - 6,0
Allium sativum -Bulbos
0,1 - 0,24
Zingiber officinale - Rizomas
0,2 - 1,2
Juniperus communis - Bayas
0,5 - 2,5
Lavandula officinalis - Flores
0,5 - 1
Citrus limón - Cascara del fruto
3,0 - 4,0
Mantha arvensis - Hojas
0,5 - 1
Myristica fragans - Frutos
6,5 - 13
Citrus aurantium - Cascara
0,4 - 0,5
Citrus sinensis - Cascara
0,4 - 0,5
Cymbopogon martini - Hojas
Pogostemon cablin - Hoja
1,5 - 3
Origen Botanico
Compuesto Principal
Geraniol
Eugenol
Linalol
Metalchavicol
Anetol, Metilchavicol
Alilsulfuros
Zingibereno, Citral
A-pineno
Linalol, Linalil, acet.
Limonrno Citral
Mentol
Safrol, Miristicina
Linalil acet.
Limoneno, Deciladehido
Geraniol
Sesquiterpen
Fuente: Tomado del Manual de extractor de aceites escala piloto (p. 10-11) por Figmay,
2018
Con la cascara de naranja como materia prima para la extracción de aceite
esencial se procedió a hacer varias pruebas, las variantes en la prueba fue el origen y las
características de la cáscara que se usó para la extracción del aceite en función de las
pruebas que se realizó como esta detallado en la Tabla 20. La principal variación es el
factor de empaque, El factor de empaque es el tamaño de la materia prima que se procesa
para su extracción, las cáscaras a procesar fueron cortadas de diferentes tamaños, el
factor empaque aumenta o disminuye la superficie de contacto entre el material y el vapor
que lo atraviesa.
En la tabla 21 se muestran los resultados obtenidos de las diferentes pruebas.
104
Tabla 20
Origen de la cáscara de naranja usada para la Extracción de Aceite Esencial
Codigo
Origen de la Materia Prima
Caracteristicas
N-1
Vendedores ambulantes de jugo
de naranja
Pedazos pequeños a partir de las
tiras de cascara
N-2
Vendedores ambulantes de jugo
de naranja
Tiras delgadas largas de cáscara
N-3
Vendedores ambulantes de jugo
de naranja
Pedazos de 1 por 4 cm a partir de
las tiras de cascara
N-4
Mercado El Tejar - Producido en
los Yungas
Cascara fresca, a partir de naranja
pelada antes de la extracción
N-5
Vendedores de jugos en el
Mercado Lanza
Pedazos de cascara de 2 por 2
cm aproximadamente cortados a
partir de cascara en mitades
N-6
Vendedores ambulantes de jugo
de naranja
Tiras delgadas largas de cáscara
Fuente: Elaborado con base en datos recopilados de la experimentación realizada, 2022
Tabla 21
Resultados obtenidos de la extracción de Aceite Esencial de Naranja
CÁSCARA DE NARANJA
Temperatu
Material
ra del
Residual
vapor de
(g)
agua (°C)
Masa
Volumen Densidad
de
Rendimien
de Aceite
teórica
Aceite
to
(ml)
(g/ml)
(g)
Codigo
Muestra
Inicial
(g)
Tiempo
(min)
N-1
1800
140
83
1878,30
8,10
9,76
0,83
0,45%
N-2
2200
180
82
2295,70
9,24
10,90
0,85
0,42%
N-3
2900
240
87
3026,15
13,92
16,47
0,85
0,48%
N-4
2700
200
85
2817,45
11,07
13,22
0,84
0,41%
N-5
2500
230
81
2608,75
12,25
14,55
0,84
0,49%
N-6
1500
120
84
1565,25
6,45
7,59
0,85
0,43%
Fuente: Elaborado con base en datos recopilados de la experimentación realizada, 2022
105
Se puede observar que los rendimientos obtenidos de las pruebas de extracción
de aceite esencial de naranja van en concordancia con la bibliografía al respecto.
De los ensayos en laboratorio del proceso de extracción de aceite esencial por
arrastre de vapor realizados con el romero, el cedrón, la khoa, el eucalipto y la cáscara
de limón se aprendió que el factor de empaque es un punto importante que influye en el
rendimiento. En los primeros ensayos se evidencio que el uso de agua como refrigerante
para el condensador era bastante, aproximadamente 50 a 60 litros en cada ensayo, por
lo que las conexiones fueron cambiadas buscando optimizarlas para reducir el uso de
agua recirculando el agua entre el decantador y el condensador. El agua floral o hidrolato
salía de forma constante en el desarrollo de la extracción, mientras el aceite se
concentraba en la parte superior del decantador, en las primeras pruebas no se alcanzaba
a recuperarlo y junto con los otros efluentes se lo desecho. Para las siguientes pruebas,
se recuperó el agua floral y se la almaceno, esta agua todavía tenía trazas de aceite que
se identificaron después de dejarlas reposar también conservaba el fuerte aroma del
aceite. Para las segundas pruebas de cada planta se usó el agua floral para alimentar el
caldero de esta manera recuperar las trazas de aceite que todavía están presentes en el
agua floral y mejorar el rendimiento.
Durante los ensayos de destilación hubo pérdidas de aceite esencial en la
separación; principalmente por la pequeña cantidad de aceite que se extrae esta queda
adherida a las paredes del material de vidrio durante la decantación y el traspaso a un
envase color ámbar para el correcto almacenado del este.
Basado en los resultados de los ensayos de laboratorio se concluye que el mejor
factor de empaque para la cascara de naranja es de aproximadamente 4 cm 2, cortando
cuadrados de 2 por 2 centímetros a partir de la cascara en cascos. También este tipo de
106
cascara es la que tiene mejor rendimiento. Se debe recircular el hidrolato y alimentar al
caldero hasta que el hidrolato ya no contenga trazas de aceite. Se debe hacer un reflujo
del agua del refrigerante o poner un recirculador de refrigeración para reducir el uso de
agua en el proceso.
Figura 23
Rendimientos de aceite esencial en función al tratamiento de la materia prima
Fuente: Elaborado con base en datos de la tabla 20 y 21
107
3.3.
Ensayos en laboratorio para la extracción de pectina
3.3.1. Materiales para la experimentación
La cáscara de naranja para realizar las pruebas para el proyecto se obtuvo en su
gran mayoría de manera gratuita y un pequeño lote se compró, de los comerciantes
ambulantes en carritos en la ciudad de La Paz. Para una última prueba se compró naranja
fresca en el mercado “El Tejar” para pelarla en el momento de la experimentación y
separar solo la cáscara.
Tabla 22
Origen de la cáscara de naranja para la extracción de Pectina
Código
Origen de la Materia Prima
Caracteristicas
P-1
Vendedores ambulantes de jugo
de naranja
Pedazos pequeños a partir de las tiras de cascara
P-2
Vendedores ambulantes de jugo
de naranja
Pedazos de 1 por 4 cm a partir de las tiras de
cascara
P-3
Mercado El Tejar - Producido en
los Yungas
Cascara fresca, a partir de naranja pelada antes de
la extracción. En pedazos de 2 por 2 cm
aproximademente. La cáscara aun mantiene su
pulpa.
P-4
Vendedores de jugos en el
Mercado Lanza
Pedazos de cascara de 2 por 2 cm
aproximadamente cortados a partir de cascara en
mitades, se quita toda la pulpa de naranja
P-5
Vendedores de jugos en el
Mercado Lanza
Pedazos de cascara de 2 por 2 cm
aproximadamente cortados a partir de cascara en
mitades, se dejatoda la pulpa de naranja
En la ilustración de la figura 24 se ven las diferentes cascaras usadas para la
experimentación. La cascara en tiras y en cascos se recolecto día antes de la
experimentación. La cascara fresca se pelo de las naranjas el mismo día de la
experimentación.
108
Figura 24
Cáscara de naranja para la extracción de pectina
Fuente: Elaborado con base en datos de la tabla 22 con fotos tomadas por el autor en la
experimentación, 2022.
3.3.2. Equipos para el laboratorio
Para la extracción de pectina se utilizaron equipos de uso doméstico. Como ollas
de acero, recipientes de acero, tamiz mediano, malla 80 y cocinilla eléctrica además de
utensilios se necesitaron para el laboratorio cucharones, cuchillos y espátulas medianas.
En la ilustración de Figura 25 se ven todos los equipos usados para el ensayo.
109
Figura 25
Equipos para la extracción de pectina
Fuente: Elaborado con base en fotos tomadas por el autor, 2022
3.3.3. Condiciones de experimentación
Las condiciones generales bajo las cuales se realizaron las pruebas en el
laboratorio fueron:
-
Temperatura ambiente 17°C - 18°C
-
Temperatura del punto de agua de red en el laboratorio: 20 °C
A lo largo de la experimentación se analizó las siguientes variables:
110
-
Rendimiento de la pectina obtenido con respecto a la materia prima
inicial
-
Origen de la materia prima utilizada
-
Características de la materia prima a usar
-
Temperatura en las diferentes etapas del proceso
-
Ph en las diferentes etapas del proceso
-
Tiempos de operación para la ebullición y concentración en cada etapa
3.3.4. Proceso de extracción de pectina
Las pruebas realizadas tienen una variante importante lo que hace que se tengan
dos diagramas de procesos diferentes. La variación se da en el origen y tratamiento de la
materia prima a utilizar para la extracción en este caso la cáscara de naranja. La principal
diferencia es el pelado de la naranja momentos antes de la prueba, a la que se considera
como cáscara fresca a diferencia de la cáscara que se recolecta día antes de la
experimentación.
El diagrama de flujo de la Figura 26 muestra las operaciones o etapas del proceso
de obtención de pectina por el método de hidrolisis acida a partir de cascara de naranja
recolectada día antes de la prueba.
El diagrama de flujo de la Figura 27 muestra las operaciones o etapas del proceso
de obtención de pectina a partir de cascara de naranja fresca pelada antes de la prueba
incluyendo la operación de pelado dentro del proceso.
111
Figura 26
Diagrama de flujo del proceso de extracción de Pectina a partir de cáscara de naranja
recolectada
Cascara de Naranja
Recepción de materia prima
Lavado
Seleccionado
Desecho
de cáscara
Separado del albedo
Picado del albedo
Pesado del albedo
Agua destilada
Relación 3:1
Inactivación enzimática
Efluente con
microrganismos
Decantado
Ácido
cítrico
Hidrolisis ácida
T < 60°C
Etanol
70%
Filtrado
Desecho
de cáscara
Concentrado
Efluente
ácida
Precipitado
Efluente
etanólica
Filtrado
T <= 40°C
Secado
Molido
Tamizado
Malla 80
Pectina
Fuente: Elaborado con base en datos de la sección 2.3.2
112
Figura 27
Diagrama de flujo del proceso de extracción de Pectina a partir de cascara de naranja
recién pelada
Naranja
Recepción de materia prima
Seleccionado
Lavado
Pelado
Pulpa de
Naranja
Separado del albedo
Desecho
de cáscara
Cáscara de naranja con albedo
Picado del albedo
Pesado del albedo
Agua destilada
Relación 3:1
Inactivación enzimática
Efluente con
microrganismos
Decantado
Ácido
cítrico
Hidrolisis ácida
T < 60°C
Etanol
70%
Filtrado
Desecho
de cáscara
Concentrado
Efluente
ácida
Precipitado
Efluente
etanólica
Filtrado
T <= 40°C
Secado
Molido
Tamizado
Malla 80
Pectina
Fuente: Elaborado con base en datos de la sección 2.3.2
113
3.3.5. Descripción del proceso
A continuación, se describen las operaciones de cada etapa del proceso de
extracción de pectina mediante el método de hidrolisis acida:
Recepción de Materia Prima: Las naranjas deben ser recepcionadas en un
contenedor abierto para dejar que se ambienten, y así evitar la acumulación de humedad
y por consiguiente la formación de hongos.
Seleccionado: Se selecciona las naranjas de forma manual para verificar la
presencia de agentes contaminantes, hongos y cualquier otro elemento que pudiese
afectar el proceso. Se debe rechazar además aquellas que presentan alto grado de
maduración o que están en estado descomposición.
Lavado: Operación en la cual se elimina la tierra, polvo, basura y todo elemento
adherido a la cascara. Se lo realiza con agua fría, frotando con las manos la parte superior
de la cáscara.
Pelado: Operación en la cual se separa la cascara de la pulpa, este proceso se lo
realiza para someter a la cascara del fruto al proceso de extracción de pectina.
Separación del albedo: El albedo, es la parte blanca de la cáscara de la naranja,
la cual tiene un alto contenido de pectina. Se realiza la separación del albedo de la
cascara de naranja para poder maximizar la eficiencia del proceso, ya que la cascara de
color amarillo hace que el producto se oscurezca, entonces, la separación del albedo
garantiza un color claro de la pectina, el cual es un factor muy importante para el proceso
de comercialización.
114
Picado: Proceso que se realiza con el fin de incrementar la superficie de contacto
de las cascaras de naranja con las distintas soluciones que se añadan en las operaciones
siguientes. Se debe reducir el tamaño de la cascara aproximadamente a 4 cm 2 como le
señala Cerón (2005).
Pesado del albedo: Se procede al pesado del albedo cortado. El peso obtenido
determinara las relaciones de los aditivos a usar en las siguientes operaciones.
Inactivación enzimática: Este proceso se realiza vaciando en una olla todos los
residuos de cascara de naranja previamente pesados, se agrega 1 litro de agua por cada
300 gramos de residuos. Esta solución se la hace hervir durante 30 a 40 minutos, hasta
llegar al punto de ebullición del agua, que en la ciudad de La Paz es aproximadamente
87°C. Una vez que la temperatura llega al punto de ebullición, se deja calentar a fuego
lento por unos 3 a 5 minutos, esto para lograr la eliminación de microorganismos
existentes en los residuos. Pasado ese tiempo se apaga la hornilla y se mide el pH de la
solución, para verificar su grado de acidez.
Decantación: Este proceso se realiza para separar los residuos de la naranja de
la solución proveniente de la inactivación enzimática. Se usa un colador de cocina como
herramienta para el proceso de decantación. La operación consiste en dejar enfriar el
recipiente hasta que se pueda manipular, luego se coloca una olla que sirva como
recipiente para vaciar los residuos líquidos de la inactivación enzimática, el contenido de
esta olla servirá para una extracción de pectina en menor peso de la que se extraerá con
los residuos del fruto. Dejando otro recipiente con los residuos sólidos. Para terminar el
proceso de decantación se somete a calentamiento el recipiente en el que se encuentra
los residuos líquidos de la inactivación enzimática. Luego se debe medir el pH inicial de
este líquido antes de la agregación del ácido cítrico.
115
Hidrolisis acida: Se realiza la hidrolisis de la cascara con agua acidulada. La
hidrolisis acida es la parte más importante del proceso de extracción de pectina.
Primero se procede al pesado de los residuos sólidos que quedan de la
decantación. El peso obtenido determinara las relaciones de los aditivos a usar en las
siguientes operaciones.
Se pesa la cantidad de cascara, en una olla se le añade agua en una relación de
1:3. Por ejemplo 1 litro de agua por cada 300 gr de cáscara.
Habiendo llenado la olla, se procede a incluir el ácido cítrico en la solución, el ácido
cítrico se encarga de disminuir el pH de la solución, hasta un promedio de 3. Se añade el
ácido cítrico poco a poco. La relación va de 1:0.015, es decir por 1 Kg de cascara se
deben añadir 0.015 Kg de ácido cítrico, sin embargo, no es una relación exacta. Por lo
que se añade el ácido cítrico de 5 gr en 5 gr, hasta llegar a un pH ideal de 2,2 que de
acuerdo a varios estudios es en esa solución acidulada que se ve mayor rendimiento. El
pH aceptable es desde 1,5 hasta 3.
Para el proceso de separación, se somete a calentamiento a la solución hasta que
comience a hervir, y unos 20 minutos más después de alcanzar su punto de ebullición,
agitando de manera constante para que la pectina separada no se pegue a las paredes
de la olla.
Terminado el proceso de calentamiento se vuelve a medir el pH, en el experimento
se pudo medir un pH = 3, es decir, que la solución no sufrió alteración en su pH. Para
terminar el proceso de hidrolisis acida se debe dejar enfriar por 5 a 7 minutos.
116
Filtrado: La solución anterior se separa mediante una coladera casera para
obtener solo la mezcla de a pectina con agua y ácido cítrico.
Concentrado: La mezcla resultante del proceso de hidrolisis acida vuelve a ser
calentada para poder concentrarla, a una temperatura aproximada de 60°C o menos
durante unos 20 minutos.
Precipitado: De la solución de concentrado se ha evaporado el 25% de la
solución, a esta solución primero se la debe medir en volumen y añadir el doble de
volumen en alcohol de esta manera se puede producir la precipitación completa de la
pectina. Se agita de 5 a 7 minutos y se deja precipitar por lo menos 1 hora.
Filtrado: El filtrado de la pectina se lo realiza con un filtro de tela, vaciando en
pequeñas cantidades y con ayuda de una cuchara de cocina se separa el líquido y la
pectina húmeda queda atrapada en la tela.
Secado: La pectina húmeda separada se extiende en bandejas para su posterior
secado. Se someterá a secado natural, se deben disponer varios envases con la pectina
dispersa y se la dejara secando un mínimo de 48 a 72 horas.
Molido: En la misma tela que se usó para el filtrado se colocan los trozos de
pectina seca, se cubre en su totalidad haciendo uso de un martillo de cocina.
Tamizado: La pectina se debe pasar por un tamiz especial cuyo diámetro de las
redes es similar, el cual garantiza un producto homogéneo para su posterior envasado.
El tamiz a utilizar debe ser de malla 80.
En la ilustración de la figura 28 se observa el proceso de extracción de la
experimentación realizada en el laboratorio.
117
Figura 28
Proceso de extracción por hidrólisis ácida de pectina en el laboratorio
Fuente: Elaborado con fotografías recopiladas por el autor del ensayo en laboratorio,
2022
118
3.3.6. Resultados de la experimentación
En la tabla 23 se muestra los rendimientos de las diferentes pruebas que se
realizaron para la extracción de pectina variando como el origen y tratamiento de la
materia prima como se mencionó en la sección 3.3.1
Tabla 23
Rendimientos de extracción de pectina
Muestr Masa
Código a Inicial albedo
(g)
(g)
Ph en Solució Masa
Volume Masa Tiempo
de
la
n
acido
Rendimie Caracteristicas de
n de
de
hidrolis concen pectina
la pectina obtenida
agua citrico Hidrolis
nto
trada molida
is
is (min)
(g)
(ml)
(Aprox.) (ml)
(g)
P-1
2200
1200
4000
12
85
2,5
2000
110
9,17%
P-2
2500
1000
3300
10
105
3,0
1800
120
12,00%
P-3
2000
1500
5000
15
130
2,5
3500
240
16,00%
P-4
2000
1200
4000
12
105
3,0
3000
190
15,83%
Pectina blanca
P-5
2300
1100
3600
11
110
2,5
3000
220
20,00%
Pectina blanca
Pectina de color
marfil oscuro
Pectina de color
marfil oscuro
Pectina de color
ocre
Fuente: Elaborado con base en datos recopilados de la experimentación realizada, 2022
La prueba que presenta mayor rendimiento y con las mejores características
físicas es la prueba 5 donde la cascara se cortó en pedazos de aproximadamente 2 por
2 centímetros y la pectina es de color blanca a marfil. Para que la pectina no tenga color
se debe separar toda la pulpa y toda la piel de la cáscara de naranja. Cuanto más entera
y con su pulpa este la cascará más oscuro será el color de la pectina extraída. En la
industria alimenticia si es importante el color de la pectina, ellos buscan pectinas de
colores claros y no compran pectinas de colores oscuros ya que esto influye en la
apariencia del producto en que se utiliza. La tercera prueba da una pectina color ocre,
119
debido a que la cáscara todavía tenía la pulpa también fue la prueba en la que más agua
se utilizó, para su inactivación enzimática. Por lo cual fue también la prueba a la que se
añadió más etanol lo que se traduce en un incremento en el costo de producción. Sin
embargo, su rendimiento es el segundo más alto, por el control de temperaturas que se
siguió en este ensayo además el tiempo que se dejó para su completa precipitación
también fue el más largo.
Figura 29
Pectina resultante en función de las características de cáscara de naranja
Fuente: Elaborado con base en datos de la tabla 23
120
3.4.
Síntesis de las experiencias de extracción en laboratorio
La experimentación en laboratorio permitió evidenciar de manera clara los puntos
claves de control, además de evidenciar todas las etapas y operaciones del proceso. Con
las pruebas previas para la extracción de aceite esencial por arrastre de vapor se pudo
calibrar el equipo en el laboratorio y optimizar las conexiones de entrada y salida de agua,
debido a que el condensador debe estar en constante refrigeración para poder crear el
choque térmico que le permita cambiar de estado al vapor, dicha operación es la que más
se gasta agua. Ya con las pruebas siguientes se redujo el uso de agua al hacer una
recirculación. También se corrigieron errores como fugas de agua y fugas de gas. Una
vez el equipo estuvo en optimo funcionamiento se realizaron las pruebas de interés del
proyecto con la cáscara de naranja. Se hicieron variaciones con el origen y tamaño de la
cascara que dieron diferentes rendimientos. El rendimiento más alto que se ve es con la
cascara cortada en 2 por 2 cm a partir de los cascos o mitades de naranja, lo que coincide
con el rendimiento más alto en la extracción de pectina con el mismo origen de la cascara.
Estos datos permiten deducir que el rendimiento más alto en un proceso que integre
ambos procesos ensayados individualmente seria a partir de ese tipo de cáscara.
Basado en los resultados de los ensayos realizados se define para el proceso
integral recircular el agua usada en la condensación con una bomba de recirculación
refrigerante. También recircular el hidrolato resultante para que alimente el caldero de
extracción, hasta que el hidrolato ya no tenga trazas de aceite esencial. Para la extracción
de pectina la temperatura y el tiempo son puntos clave de control en todas las
operaciones. El pH más eficiente a alcanzar para la hidrolisis acida es de 2,2, como lo
detalla en su investigación Yojani, et. (2010) Es posible utilizar otros ácidos como el ácido
nítrico y el clorhídrico para la hidrolisis, sin embargo, el más económico y el de menos
121
impacto ambiental es el ácido cítrico ya que este es de origen natural. En la operación de
precipitación se utiliza bastante etanol, que puede ser recuperado con un destilador
simple. El tiempo de secado de la pectina a temperatura ambiente es amplio, es posible
utilizar un secador por bandejas con aire por convección que no utilice altas temperaturas,
puesto que una alta temperatura podría llegar a quemar la pectina y cambiar su color.
Utilizar un secador reduce el tiempo de esta operación.
122
“SI QUIERES SER INGENIOSO TIENES QUE
ESTAR DISPUESTO A FRACASAR”
Jeff Rezos
CAPÍTULO IV
ANALISÍS DEL
MERCADO
123
4.
CAPITULO IV ANALISIS DEL MERCADO
El presente capitulo tiene como finalidad la realización de un estudio del mercado
existente el cual el proyecto podría cubrir, para el desarrollo del mismo se tomarán en
cuenta datos históricos de la demanda, así como las variaciones de precio del aceite
esencial y pectina en el mercado nacional.
Toda la información encontrada permitirá realizar el pronóstico de la demanda y
el análisis de los precios del producto.
Se limita que para la pectina se tomó en cuenta los datos globales, sin importar a
que rubro este destinado este producto, sin embargo, para el análisis de la demanda se
tomó en cuenta las empresas que tienen como actividad económica la producción de
alimentos.
4.1.
Mercado de Aceite Esencial
Los aceites esenciales presentan una amplia comercialización en el mercado
mundial de la medicina, sabores, fragancias, entre otros. El mercado mundial de sabores
y fragancias está en constante crecimiento.
Se estima que el 60% es utilizado por la industria de saborizantes y la parte
restante por la industria de las fragancias; siendo esta última representada por los
perfumes, aromaterapia y las industrias del cuidado de la piel y el cabello. (USAID)
4.1.1. Situación mundial
Según las importaciones registradas se observó un aumento en el consumo de
aceites esenciales en América, esto como consecuencia del cambio de patrones en el
124
consumo debido a la tendencia de los productos naturales. En cuanto a los precios por
kilogramo, si se observan fluctuaciones drásticas de un periodo a otro es debido a la
dependencia en las cosechas de las plantas como materia prima y el aumento en el precio
del petróleo, ya que gran parte de sus productores son pequeños agricultores de países
en desarrollo, los cuales pretenden mantener mediante el aumento de precios el valor
real de sus productos frente a la inflación en general.
Actualmente, se comercializan unos 160 aceites esenciales a escala mundial, pero
los 10 principales, que se suelen vender en grandes cantidades y normalmente con
precios más bajos, copan el 80% de todos los intercambios. Pese a que cerca del 65%
de toda la producción procede de países en desarrollo, la Unión Europea sigue
dominando el comercio en un sector que abastece a los mercados de las fragancias, la
cosmética, la aromaterapia y la alimentación. El mercado global de aceites esenciales
mueve cerca de 6.500 millones de dólares al año y se estima que podría suponer unos
11.670 millones de dólares en 2022, para posteriormente alcanzar un valor total de más
de 15.800 millones de dólares en 2025. Esta positiva evolución se basará principalmente
en el hecho de que los consumidores cada vez tienen más en cuenta los beneficios para
la salud asociados a los ingredientes naturales y orgánicos en el cuidado personal, las
bebidas y los productos para el hogar. (Swanepoel, 2019)
A continuación, se realizó un análisis del comercio de aceites esenciales en el
periodo 2015/2020. Lo primero que se ve es que los exportadores e importadores han
mantenido una constante en el comercio global del sector.
125
4.1.2. Exportaciones a nivel mundial
El continente que tiene mayor movimiento en cuanto a volumen exportado de
aceites esenciales en el periodo mencionado, es América con 150.743 toneladas en el
año 2020, seguido de Asia con 45233 toneladas. Sin embargo, es Europa quien se
encuentra en cuanto al valor de sus exportaciones con USD 810 millones y en tercer lugar
Asia con USD 654 millones. El mayor exportador del mundo de aceites esenciales es
Estados Unidos, con más de USD 431 millones. Le siguen India con USD 382 millones,
Francia con USD 291 millones, Brasil con USD 155 millones, Reino Unido con USD 143
millones, entre otros. Según las estimaciones, las remesas mundiales de aceites
esenciales seguirán aumentando. La tendencia histórica de las remesas de los principales
países exportadores muestra una fluctuación interanual positiva en cuanto al volumen de
exportaciones. (USAID)
Los países que exportan en mayor cantidad para el año 2016 son Brasil, México
y Argentina, en América y el caribe, mientras que Colombia simultáneamente ocupaba el
puesto 18, en la exportación de este producto. Por otro lado, según el International Trade
Center (ITC), en el año 2015 Estados Unidos, China, India entre otros destacan en la
exportación de aceites esenciales con porcentajes de 13%. 13% y 145, respectivamente,
en el mercado mundial. (Hurtado & Villa, 2016)
En la infografía de la Figura 30 se ve a los principales países exportadores de
aceite esencial en el mundo y su valor en dólares. A nivel mundial Estados Unidos es el
principal exportador de aceites esenciales, seguido de China e India. Y en América, Brasil
representa como el principal exportador. Al ser un mercado en constante crecimiento
nuestro país tiene un gran potencial para volverse un importante exportador de aceites.
126
Sin embargo, resalta que los volúmenes de exportación en América son altos, pero con
precios bajos en comparación a los que pagan por aceites del mercado europeo.
Figura 30
Infografía de los principales países exportadores al año 2018
Fuente: Elaborado con base en datos del ITC y USAID, 2018
4.1.3. Importaciones a nivel mundial
Las importaciones a nivel mundial superaron los USD 2.525 millones. Al igual que
las exportaciones, el valor de las importaciones presentaron un crecimiento constante. El
continente europeo ocupa el primer lugar con 74.648 toneladas importadas por casi USD
1.105 millones. Le sigue América con 61.206 toneladas y USD 695 millones, y en tercer
lugar Asia con 47.439 toneladas y un valor de USD 645 millones. El mayor importador del
mundo lo constituye el mercado de los Estados Unidos comprando más de USD 572
millones en el 2008. Le sigue Francia con USD 310 millones, Reino Unido con USD 228
millones, Alemania USD 222 millones, entre otros. (USAID)
En la infografía de la figura 31 se ve los principales volúmenes de importación por
continentes en el periodo comprendido entre el año 2015 – 2020.
127
Figura 31
Principales volúmenes de importación
Fuente: Elaborado con base en datos de USAID, 2018
4.1.4. Precios internacionales
Dependiendo del país, su cercanía al mercado y otras condiciones comerciales,
los precios de los aceites esenciales fluctúan significativamente entre los países. El
promedio general pagado por los principales países se ubicó en USD 14,87. Dentro de
los principales países importadores de aceites esenciales en el mundo, Francia es el que
tiene el precio promedio de importación más alto de USD 28,07 por kilogramo. Le siguen
Irlanda USD 26,21 por kilogramo, Suiza USD 20,66 kilógramo, Reino Unido USD 13,41
kilógramo, Japón USD 12,55 por kilogramo, Singapur USD 11,68 por kilogramo, entre
otros. (USAID)
128
4.1.5. Mercado en el Mercosur
De acuerdo con datos de Trademap sobre exportaciones de aceites esenciales,
Brasil se ubicó en el puesto número uno de la región, exportando un volumen de 68681
toneladas por un valor superior a los USD 126 millones. Es importante destacar que las
exportaciones de la región en el año 2009 generaron más de USD 282 millones para los
países exportadores, por lo que se puede afirmar que los aceites esenciales representan
un rubro de importancia comercial en la región. La tendencia de la tabla 24 muestra
estabilidad para el sector regionalmente. También se puede evidenciar que Bolivia ocupa
el sexto lugar como exportador a nivel Mercosur, con niveles bajos en comparación a los
otros países.
Tabla 24
Exportaciones de aceite esencial a Nivel Mercosur
Paises
Brasil
Argentina
Paraguay
Uruguay
Chile
Bolivia
Total
2016
Miles
Ton
USD
74.359 105.706
6.338
96.718
1.170
9.023
168
889
342
1
36
297
82.413 213.857
2017
Miles
Ton
USD
78.556 130.637
6.199 102.566
1.080
9.761
123
974
116
1.046
30
383
86.104 245.367
2018
Miles
Ton
USD
75.651 147.025
6.171 119.705
1.030
10.709
223
1.460
531
1.853
59
1.183
83.665 281.935
2019
Miles
Ton
USD
72.534 155.372
4.722 108.666
854
9.937
149
848
301
1.861
90
1.958
78.650 278.642
2020
Miles
Ton
USD
68.681 126.441
5.653 141.061
661
9.236
159
1.603
466
1.851
86
2.188
75.706 282.380
Fuente: Elaborado con base en datos de ACDI/VOCA sobre datos de Trademap, 2020
Según la tabla 25, en cuanto a volumen, las importaciones de aceites esenciales
realizadas por los países de la región fueron encabezadas por Brasil con el 60,8% y
Argentina 27,4%, Paraguay con el 5,75% y Chile con 5,69%, se colocaron en Tercer lugar.
Esto significa que Brasil y Argentina importaron alrededor del 88,2% de todos los aceites
esenciales adquiridos regionalmente en el mercado externo.
129
Tabla 25
Importaciones de aceite esencial a Nivel Mercosur
Paises
Brasil
Argentina
Paraguay
Uruguay
Chile
Bolivia
Total
2016
Miles
Ton
USD
40.035
2.666
9.496
922
865
349
144
9
2.399
212
117
17
53.056
4.175
2017
Miles
Ton
USD
50.896
2.848
12.081
915
521
187
133
10
2.601
201
76
7
66.308
4.168
2018
Miles
Ton
USD
57.157
3.146
13.804
1.077
486
124
95
5
3.568
310
148
15
75.258
4.677
2019
Miles
Ton
USD
56.040
2.469
14.655
907
433
155
185
9
3.515
251
166
19
74.994
3.810
2020
Miles
Ton
USD
51.980
2.297
17.309
1.033
617
217
311
10
3.501
215
84
5
73.802 282.380
Fuente: Elaborado con base en datos de ACDI/VOCA sobre datos de Trademap, 2020
4.1.6. Precios en el Mercosur
Los precios de cada tipo de aceite tienen importantes diferencias según su
composición particular y su procedencia. Es importante tener en cuenta que dada la
complejidad de estos productos y la importancia fundamentalmente cualitativa de los
mismos. El precio del aceite esencial de naranja es muy variable, dependiendo
principalmente de su origen, tipo y método de extracción.
El precio promedio de los aceites esenciales, pagado por los países del Mercosur
oscilo entre USD 3 y USD 20 por kilo. Dependiendo del país, su cercanía al mercado y
otras condiciones comerciales, los precios de los aceites esenciales, varían
significativamente en cada país. Entre los principales países importadores de aceites
esenciales en la región, Uruguay es el que tiene el precio más alto pagando en promedio
USD 20 por kilo. En el año 2020 el vecino país llego a pagar USD 31 por kilo. Aun sobre
promedio generales de este periodo le siguen Brasil USD 19.40 por kilo y Argentina USD
13,80 por kilo El precio más bajo lo presenta Paraguay pagando en promedio apenas
130
USD 3 por kilo. Bolivia está en el medio pagando USD 7 por kilo como se ve en la tabla
26. (USAID)
Tabla 26
Precios de aceite esencial e nivel Mercosur en USD por kilo
Países
Brasil
Argentina
Paraguay
Uruguay
Chile
Bolivia
2016
2017
2018
2019
2020
Promedio
15
10
2
16
11
7
18
12
3
13
13
11
18
13
4
19
12
10
23
16
3
21
14
9
23
17
3
31
16
17
19,40
13,80
3,00
20,00
13,20
10,80
Fuente: Elaborado con base en datos de ACDI/VOCA sobre datos de Trademap, 2020
Figura 32
Infografía sobre el precio promedio de aceite esencial en el Mercosur en los últimos cinco
años
Fuente: Elaborado con base en datos de ACDI/VOCA sobre datos de Trademap, 2020
131
Como se ve en la Figura 32 de los países que integran el Mercosur en los últimos
años el que paga el precio más bajo por los aceites esenciales es Paraguay a USD 3 por
kilo y el que mejor paga es Uruguay a USD 20 por kilo. Bolivia se encuentra en el medio
pagando USD 10,80 por kilo.
4.1.7. Mercado Nacional
En 2020, Bolivia exportó USD 2,38 millones en Aceites esenciales, convirtiéndolo
en el exportador número 72 de Aceites esenciales en el mundo. En el mismo año, fue el
producto número 84 más exportado en Bolivia. El principal destino de las exportaciones
de Bolivia es: Francia USD 871 miles, Estados Unidos USD 780 miles, Países Bajos USD
721 miles, Japón USD 6,11 miles, y Corea del Sur USD 1,16 miles. Los mercados de
exportación de más rápido crecimiento para Aceites esenciales de Bolivia Entre 2019 y
2020 fueron Estados Unidos USD 780 miles, Francia USD 400 miles, y Países Bajos USD
88,8 miles. (OEC, 2020)
En 2020, Bolivia importó USD 223 en Aceites esenciales, convirtiéndose en el
importador número 148 de Aceites esenciales en el mundo. En el mismo año, Aceites
esenciales fue el producto número 733 más importado en Bolivia. Bolivia importaciones
Aceites esenciales principalmente de: España USD 62,7 miles, Estados Unidos USD 59,4
miles, China USD 31,6 miles, Perú USD 21,7 miles, y Alemania USD 16,7 miles. Los
mercados de importación de más rápido crecimiento en Aceites esenciales para Bolivia
Entre 2019 y 2020 fueron Perú USD 18,8 miles, España USD 13,5 miles, y China USD
10,5 miles. (OEC, 2020)
132
4.2.
Pectina
4.2.1. Situación mundial
El mercado global de pectina está segmentado por fuente (frutas cítricas,
manzana, remolacha, otras fuentes), por aplicación (belleza y cuidado personal,
alimentos y bebidas, productos farmacéuticos y otras aplicaciones), por tipo (pectina con
alto contenido de metoxilo y pectina con bajo contenido de metoxilo), y por Geografía
(América del Norte, Europa, América del Sur, Asia Pacífico y Medio Oriente y África).
Se proyecta que el mercado global de pectina registre una tasa de crecimiento
anual compuesta de 7.27% durante el período (2022-2027). La pandemia de COVID-19
tuvo un impacto drástico en casi todos los sectores del mundo, interrumpiendo el equilibrio
de la oferta y la demanda con restricciones en el comercio internacional. El aumento de
infecciones provocó el cierre repentino y temporal de varias plantas de procesamiento de
alimentos, cuidado personal y producción de panadería, lo que tuvo un impacto negativo
en la demanda de varios aditivos alimentarios, incluida la pectina. Además, el suministro
limitado de materia prima para la producción de pectina, con las restricciones comerciales
en las fases iniciales de la pandemia, junto con la escasez de mano de obra, también
afectaron el mercado de la pectina desde el lado de la oferta. Sin embargo, con la
reapertura de las instalaciones de procesamiento de alimentos y la eliminación de las
restricciones, se espera que la oferta y la demanda de pectina se restablezcan a los
niveles anteriores al COVID en los próximos trimestres. (Mordor Intelligence, 2016)
EL mercado mundial, tiene un gran potencial en Bolivia la empresa Totaí Citrus
fue pionera en la producción y el procesamiento de limón fresco. Poco después, la
empresa empezó a desarrollar derivados del limón, como aceite esencial, jugo
concentrado, cáscara deshidratada y pectina. Son conocidos por sus buenas prácticas
133
agrícolas y por el uso de tecnología sofisticada, lo que les permite alcanzar los más altos
estándares internacionales de productividad y calidad, acompañados de directrices de
sostenibilidad y políticas de responsabilidad social corporativa. Exportan al mercado de
Europa, los Estados Unidos y Asia según Jürgen Bartels Gerente de ventas de la
Empresa. Bolivia es conocido como un país exportador en otros ámbitos, además de
la fruta fresca, según Jürgen. "El futuro de Bolivia como país productor es muy
prometedor. Como empresa, tenemos programado invertir e incrementar nuestra
producción año tras año, y no solo en el mercado fresco, sino también en aceite,
concentrado y pectina, ya que la demanda de nuestros clientes de la UE, los Estados
Unidos y Canadá ha estado aumentando”
Diversas aplicaciones de la pectina en industrias como la farmacéutica, cosmética
y de alimentos y bebidas han contribuido al crecimiento del mercado estudiado.
Tradicionalmente, la pectina se ha utilizado como agente gelatinoso en mermeladas y
jaleas. Mermeladas, jaleas y mermeladas son las principales áreas de aplicación de la
pectina.
Europa tiene la mayor cuota de mercado en el mercado de la pectina, seguida de
América del Norte. La demanda en la región es alta debido a la presencia y crecimiento
de la aplicación de uso final del producto. Según el Servicio Agrícola Exterior del USDA,
en 2018-2019, España fue el principal productor de naranjas frescas en la Unión Europea
(EU28), con más de 3,7 millones de toneladas métricas de naranjas frescas. Produjo el
mayor volumen de cítricos con más de 6,33 millones de toneladas métricas en Europa
(Eurostat). Este factor puede escalar aún más la fabricación de pectina en el país. Los
consumidores en el Reino Unido están reduciendo su consumo de carne y cambiando a
productos veganos y de origen vegetal, lo que aumenta la demanda de ingredientes de
134
origen vegetal, como la pectina, que es completamente de origen vegetal. Tales
tendencias basadas en plantas pueden apoyar la aplicación de pectina. El creciente
potencial para el mercado farmacéutico en Alemania, junto con las crecientes
innovaciones en el mercado de la pectina, como la introducción de MCP (pectina cítrica
modificada), que está adaptada para su uso como suplemento dietético o para
aplicaciones farmacéuticas. Por lo tanto, se espera que la innovación en los mercados
farmacéutico y de pectina impulse aún más el mercado. (Mordor Intelligence, 2016)
El mercado global de pectina es altamente competitivo, con actores
internacionales que dominan el mercado estudiado, como International Flavours &
Fragrances, Inc, Cargill Incorporated, Herbstreith Fox Corporate Group, Ingredion Inc y
Royal DSM, entre otros. Los actores destacados del mercado se han centrado en el
desarrollo de productos nuevos e innovadores centrándose en las nuevas formulaciones
que son específicas para una aplicación. Además, estas empresas se están centrando
en aumentar las capacidades de producción de sus plantas existentes mientras invierten
en actividades de Ingeniería y Desarrollo. (Mordor Intelligence, 2016)
4.2.2. Precios internacionales
En la siguiente tabla se muestra las empresas que están dedicadas a la
importación de pectina que es destinada principalmente para la producción de productos
alimenticios, las mismas se detallan a partir del año 2016 a 2020, siendo todos los datos
actualizados y consolidados a la fecha.
En la tabla 27, se observa la tendencia de importación de la pectina producto
siempre ha sido creciente, se ve un crecimiento constante de la demanda
fundamentalmente para el rubro alimenticio.
135
Tabla 27
Importaciones de Pectina por Empresa
2016
2017
2018
2019
2020
Kg
Miles USD
Kg
Miles USD
Kg
Miles USD
Kg
Miles USD
Kg
Miles USD
Pil Andina
2.800,00 40.038,70 3.500,00 130.637,00 5.850,00 94.248,90 3.000,00 47.026,30 13.675,00 246.430,00
Quimica Anders Ltda 1.300,00 14.582,00 1.500,00 102.566,00 2.100,00 28.742,50 2.000,00 28.212,10
4.000,00
6.265,10
Maprial SRL
850,00 17.913,80 1.000,00
9.761,00
0,00
0,00
500,00
5.844,50
3.450,00
50.237,40
Sameq SRL
5,35
27,50
0,00
0,00
6,51
82,10
2,00
33,80
0,00
0,00
Importador
Fuente: Elaborado con base en datos de la Aduana Nacional de Bolivia, 2021
La pectina al ser un producto importado en su totalidad, ingresa al mercado
boliviano por las diferentes empresas importadoras y/o distribuidoras que se encargan de
la compra de este producto en el exterior para su posterior venta y distribución en nuestro
país. El precio en el mercado local de este producto oscila entre 29 y 35 $us por
kilogramo, en moneda nacional el precio oscila entre los Bs. 202 a 244.
Tabla 28
Precios de Pectina en Bolivia por kilogramo
Precio
Por kg ($us) Por kg (Bs)
Pil Andina
37,36
240,00
Quimica Anders Ltda
53,47
372,15
Sameq SRL
45,42
316,10
Escencial
35,00
243,60
Naturex
33,00
229,68
Maprial
32,00
222,72
Importador
Fuente: Elaborado con base datos recopilados por el autor en un tanteo de precios, 2022
4.2.3. Mercado nacional
Bolivia importa pectina de países como México, Suiza, Dinamarca, Brasil; en el
año 2014 la importación de pectina en Bolivia ascendió a 32 toneladas, generando altos
136
costos por concepto de importación. La pectina es utilizada principalmente en la industria
alimentaria, es un aditivo necesario en la elaboración de un gran número de productos a
base de fruta, también es utilizada para mejorar la consistencia y la estabilidad de las
pulpas en bebidas en base a jugos y actúa como estabilizante de las proteínas en
ambiente ácido, además, tiene aplicaciones en el sector farmacéutico y cosmético. Como
observa en la tabla 29, la tendencia de importación de pectina es creciente.
Tabla 29
Importaciones de Pectina
Países
Exportadores
Mundo
Mexico
Suiza
Dinamarca
Brasil
2016
Tonelados (Tn)
2017
2018
2019
2020
12
6
3
1
3
19
14
3
1
2
15
11
2
1
2
32
25
4
2
1
13
7
3
1
2
Fuente: Elaborado con base en datos de ACDI/VOCA sobre datos de Trademap, 2020
Tabla 30
Valor de Importaciones de Pectinas
Países
Exportadores
Mundo
Mexico
Suiza
Dinamarca
Brasil
Valores
importados
(miles de
dólares)
Cantidad
importada
(Tn)
5567
453
63
34
16
32
25
4
2
1
Fuente: Elaborado con base en datos de ACDI/VOCA sobre datos de Trademap, 2020
137
En Bolivia no existe producción industrial de pectina, por lo cual se recurre al
mercado internacional para adquirir esta materia prima, la cual tiene un alto costo
comercial a pesar de que a nivel industrial proviene de desechos o productos
sobrevalorados como cascara de frutas. Es importante comprobar que la pectina que se
vaya a producir cumpla con los estándares establecidos en función a las necesidades
específicas de cada empresa.
4.3.
Proyección de la demanda
Las importaciones que Bolivia hace de aceite esencial y pectina, que están
registradas en la Aduana Nacional de Bolivia son principalmente de las industrias
Alimenticias, entre las que se cita a Pil Andina, seguida de SIMSA y la Compañía de
Alimentos Ltda.
4.3.1. Para el Aceite Esencial
En la tabla 31 se muestran las importaciones bolivianas de aceite esencial durante
los últimos años, esas importaciones son realizadas por empresas dedicadas al rubro
alimenticio.
Se debe tener en cuenta que en la actualidad en nuestro país no existe producción
industrial de aceite esencial, por lo que las empresas que utilizan este producto como
parte de sus procesos productivos, ven la necesidad de importarlo en su totalidad.
Para el análisis de la demanda, se aplican las respectivas ecuaciones de regresión
lineal, con las que se proyecta la demanda a diez años, es decir desde el año 2023 hasta
el año 2033; ajustando las curvas utilizando los siguientes métodos para obtener la
función respectiva:
138
•
Regresión lineal
•
Exponencial
•
Cuadrática
•
Logarítmica
•
Polinómica
Para efectos de cálculo, se recurrirá a la proyección de demanda usando el
software Minitab 17, en el cual se realizó las respectivas proyecciones. Para realizar los
cálculos correspondientes se tomó en cuanta la tabla 31, para lo cual se utilizarán como
parámetros de estudio las importaciones totales por año a partir del año 2016, como se
muestra en la siguiente tabla:
Tabla 31
Importaciones de Aceite Esencial
Año
Importacion Total de
Aceite (Ton/Año)
2016
2017
2018
2019
2020
117,00
76,00
148,00
166,00
84,00
Fuente: Elaborado con base en datos de la Aduana Nacional de Bolivia, 2021
El gráfico de la figura 33 representa la tendencia que tienen las importaciones de
pectina entre el año 2016 y 2019 esto ayudara a definir el modelo óptimo para la
proyección de la demanda.
139
Figura 33
Tendencia de Importaciones Totales de Aceite Esencial en Bolivia
Fuente: Elaborado con base en datos de la Aduana Nacional de Bolivia, 2021
Con la información anterior, es posible pronosticar la demanda de aceites para los
siguientes 10 años, siendo el año 2022 el año número uno. La tabla 32 muestra los
modelos para la proyección de la demanda de aceite.
Tabla 32
Modelos matemáticos para la proyección de demanda de aceite esencial
Modelo
Lineal
Exponencial
Cuadratica
Logaritmica
Polinomico (Grado 3)
Polinomico (Grado 4)
Ecuación
y = 2,4000x + 111,0000
Coeficiente de
correlación R2
y = 108,9646e
y = -9,7143x2 + 60,6857x + 43,0000
y = 9,1056ln(x) + 109,4814
0,0094
0,0088
0,2251
0,0094
y = -17,7500x3 + 150,0357x2 - 358,2143x + 341,2000
y = 5,0417x4 - 78,2500x3 + 399,9583x2 - 768,7500x + 559,0000
0,9659
1,0000
0,0119x
Fuente: Elaborado con base en datos calculados de la tabla 31
140
La proyección de la demanda se calculó a partir de los cinco modelos matemáticos
presentados en la tabla 32 y se tomó como parámetro de decisión el coeficiente de
correlación más cercano a 1.
Tabla 33
Proyección de la demanda en base al modelo polinómico de grado 3 y 4 (Ton/Año)
Año
Proyección
Polinomica
(Grado 3)
Proyección
Polinomica
(Grado 4)
2022
2023
2024
2025
2026
2027
2028
2029
2030
2031
2032
2033
82,27
-240,80
-902,80
-2010,23
-3669,59
-5987,37
-9070,09
-13024,23
-17956,30
-23972,80
-31180,23
-39685,09
84,02
-22,96
41,08
593,13
2071,22
5034,33
10162,48
18256,69
30238,95
47152,27
70160,68
100549,18
Fuente: Elaborado con base en datos calculados de la tabla 32
En base a los datos presentados en la tabla 33 proyectados con el modelo
polinómico de grado 3 y 4, que son los modelos con más alto grado de correlación. Se ve
que los datos que más reflejan la realidad en torno a las importaciones de pectina a lo
largo de los años es el modelo polinómico de grado 4, con un coeficiente de correlación
iguala a 1. En base a lo definido, la tabla 34 muestra la proyección de la demanda de la
pectina por los próximos 10 años.
141
Tabla 34
Demanda de Aceite Esencial proyectada en toneladas al año
Año
Demanda de
Aceite (Ton/Año)
2022
2023
2024
2025
2026
2027
2028
2029
2030
2031
2032
2033
84,02
-22,958
41,0784
593,1344
2071,216
5034,33
10162,484
18256,6864
30238,9464
47152,274
70160,68
100549,176
Fuente: Elaborado con base en datos calculados de la tabla 33
El grafico de la Figura 34 representa la tendencia de crecimiento que tienen las
importaciones de aceite para el periodo 2023 al 2033.
Figura 34
Tendencia de la demanda proyectada de Aceite Esencial hasta el año 2033
142
Fuente: Elaborado con base en datos calculados de la tabla 34
4.3.2. Para la Pectina
En la tabla se muestran las 27 se muestran las importaciones bolivianas de pectina
durante los últimos años, esas importaciones son realizadas por empresas dedicadas al
rubro alimenticio.
Se debe tener en cuenta que en la actualidad en nuestro país no existe producción
nacional de pectina, por lo que las empresas que utilizan este producto como parte de
sus procesos productivos, ven la necesidad de importar este producto en su totalidad.
Para el análisis de la demanda, se aplican las respectivas ecuaciones
matemáticas de regresión lineal, con la que se proyectó la demanda a diez años, es decir
desde el año 2023 hasta el año 2033; ajustando las curvas utilizando los siguientes
métodos para obtener la función respectiva:
143
•
Regresión lineal
•
Exponencial
•
Cuadrática
•
Logarítmica
•
Polinómica
Para efectos de cálculo, se calculó la proyección de demanda usando el software
Minitab 17, en el cual se realizó las respectivas proyecciones. Para realizar los cálculos
correspondientes se tomará en cuanta los datos de la tabla 27, para lo cual se utilizó
como parámetros de estudio las importaciones totales por año a partir del año 2016, como
se muestra en la siguiente tabla 35:
Tabla 35
Importaciones totales de pectina por empresas del rubro alimenticio
Año
2016
2017
2018
2019
2020
Importación total
Pectina (Kg/Año)
5285,95
6442,20
8653,00
10803,00
22062,90
Fuente: Elaborado con base en datos de la Aduana Nacional de Bolivia, 2021
El grafico en la Figura 35 es una representación de la tendencia de crecimiento
que tienen las importaciones de pectina entre el año 2016 y 2020 esto ayudara a definir
el modelo óptimo para la proyección de la demanda.
144
Figura 35
Tendencia de Importaciones Totales de Pectina
Fuente: Elaborado con base en datos de la Aduana Nacional de Bolivia, 2021
Con la información anterior, es posible pronosticar la demanda de pectina para los
siguientes 10 años, siendo el año 2022 el año número uno. La tabla 36 muestra los
modelos matemáticos de regresión lineal para la proyección de la demanda.
Tabla 36
Modelos para la proyección de la demanda de pectina
Modelo
Ecuación
Lineal
Exponencial
Cuadratica
Logaritmica
Potencial (Grado 3)
y = 3791,5x - 725
y = 3.385,55e0,34x
y = 1.439,04x2 - 4.842,74x + 9.348,25
y = 8.339,72ln(x) + 2.664,14
y = 671,28x3 - 4.602,48x2 + 10.999,44x - 1.929,24
Coeficiente de
correlación R2
0,7953
0,9140
0,9557
0,7951
0,9916
Fuente: Elaborado con base en datos calculados de la tabla 35
145
Para la proyección de la demandase realizo el análisis por los cinco modelos
presentados anteriormente y se tomó como parámetro de decisión el coeficiente de
correlación.
Tabla 37
Proyección de la demanda de pectina con el modelo cuadrático y polinómico en
kilogramos en año
Año
Proyeccion Cuadratica
Proyección Polinómica
(Grado 3)
2023
2024
2025
2026
2027
2028
2029
2030
2031
2032
2033
43374,60
79794,36
135202,92
213627,96
319097,16
455638,20
627278,76
838046,52
1091969,16
1393074,36
1745389,80
32097,25
45962,03
62704,89
82325,83
104824,85
130201,95
158457,13
189590,39
223601,73
260491,15
300258,65
Fuente: Elaborado con base en datos calculados de la tabla 36
En base a los datos presentados en la tabla 33 proyectados con el modelo
cuadrático y el modelo polinómico de grado 3 que son los modelos con más alto grado de
correlación. Se ve que los datos que más reflejan la realidad en torno a las importaciones
de pectina a lo largo de los años es el modelo polinómico de grado 3, con un coeficiente
de correlación iguala a 0.9916. En base a lo definido, la tabla 34 muestra la proyección
de la demanda de la pectina por los próximos 10 años.
146
Tabla 38
Demanda total de pectina proyectada por 10 años en kilogramos y toneladas
Año
2023
2024
2025
2026
2027
2028
2029
2030
2031
2032
2033
Demanda de Pectina Demanda de Pectina
(Ton/Año)
(Kg/Año)
32097,25
45962,03
62704,89
82325,83
104824,85
130201,95
158457,13
189590,39
223601,73
260491,15
300258,65
32,10
45,96
62,70
82,33
104,82
130,20
158,46
189,59
223,60
260,49
300,26
Fuente: Elaborado con base en datos calculados de la tabla 37
El grafico de la figura 36 representa la tendencia de crecimiento que tienen las
importaciones de pectina entre el año 2023 y 2033.
Figura 36
Tendencia de la Demanda proyectada de Pectina en kilogramos por año
147
Fuente: Elaborado con base en datos calculados de la tabla 38
4.4.
Análisis de la oferta
4.4.1. Para el Aceite Esencial
En nuestro País solo existe una producción artesanal de Aceites Esenciales. No
existen Industrias que se dediquen a esto. En la Tabla 39 se ve las exportaciones de los
años 2016 a 2020.
Tabla 39
Exportaciones de Aceite Esencial
Año
2016
2017
2018
2019
2020
Exportación
Total de
Aceite
(Ton/Año)
36,00
30,00
59,00
90,00
86,00
Fuente: Elaborado con base en datos de la Aduana Nacional de Bolivia, 2021
148
En la tabla 39 se puede apreciar las exportaciones totales de aceite esencial sin
tomar en cuenta el destino o el rubro al que este producto está destinado. La siguiente
tabla muestra la comparación entre la oferta de pectina y la demanda de la misma para
posteriormente poder definir si existe demanda insatisfecha.
Tabla 40
Comparación Oferta-Demanda de Aceite Esencial
Año
2016
2017
2018
2019
2020
Exportación
Total de
Aceite
(Ton/Año)
36,00
30,00
59,00
90,00
86,00
Importacion
Total de
Aceite
(Ton/Año)
117,00
76,00
148,00
166,00
84,00
Fuente: Elaborado con base en datos de la Tabla 31 y 39
La tabla 40 muestra que el volumen de importaciones de aceite esencial es mayor
al de exportaciones por lo cual es posible afirmar que si existe una demanda insatisfecha.
4.4.2. Para la Pectina
Para realizar el análisis de la oferta es necesario definir los volúmenes totales de
importación no solo de pectina sino también de productos sustitutos, los cuales también
deberán ser tomados como oferta. Cabe resaltar que en nuestro país solo existen
empresas que se dedican a la importación y posterior distribución de este tipo de
productos.
149
En la tabla 41 se puede observar las importaciones totales por año, a partir del
2016 hasta el 2020, se muestra el volumen de importación tanto de materias pépticas y
de sustitutos como el Agar agar y la Carregina.
Tabla 41
Oferta total de espesativos y gelificantes
2015
Peso
Valor
Bruto
($us)
(Kg)
2016
Peso
Valor
Bruto
($us)
(Kg)
2017
Peso
Valor
Bruto
($us)
(Kg)
2018
Peso
Valor
Bruto
($us)
(Kg)
2019
Peso
Valor
Bruto
($us)
(Kg)
Peso
Bruto
(Kg)
Valor
($us)
Mucilagos y espesativos
derivados de los vegetales,
incluso modificados
25329
326399
29284
324457
37515
356323
44783
436851
65611
691963
90619
869544
Jugos y extractos vegetales:
materias pepticas, pectinatos
y pectatos; agar agar y demas
mucilagas y espesativas
derivados de los vegetales
incluso modificaods
1846
69790
6740
43877
29821
212840
26938
188910
50698
270238
18669
189582
Mucilagos y espesativos
derivados de los vegetales:
agar agar, incluso modficados
48
1540
81
1970
531
3042
4
313
11
1486
231
8249
27223
397729
36105
370304
67867
572205
71725
626074
116320
963687
109519
1067375
Total
2020
Fuente: Elaborado con base en datos del INE, 2021
Las importaciones de espesativos derivados de vegetales modificados muestran
una tendencia ascendente en cuanto a su importación. Las importaciones de materias
pépticas, Pectinatos y pectatos además del agar agar y otros espesativos muestran una
alta variabilidad respecto de sus importaciones como se muestran en la tabla 41.
En el gran mercado de espesantes y gelificantes se encontró que la pectina no es
un insumo que se sustituya fácilmente. Una vez desarrollado un producto, los ingredientes
de este no se reemplazan por otros que puedan cumplir su misma función. En algunos
casos, las empresas buscan desarrollar sus productos con insumos diferentes a la
pectina, pues está en ocasiones escasea o representa un costo mayor.
150
En la tabla siguiente se muestra un resumen de las importaciones de pectina entre
el año 2016 y 2020:
Tabla 42
Oferta de Pectina (Kg/Año)
Año
2016
2017
2018
2019
2020
Oferta de
Pectina
(Kg/Año)
12620,00
19995,00
13713,00
16136,00
33673,00
Fuente: Elaborado con base en datos preliminares del INE, 2020
En la tabla 42 se puede apreciar las importaciones globales de pectina sin tomar
en cuenta el destino o el rubro al que este producto está destinado. La tabla 43 muestra
la comparación entre la oferta y la demanda de pectina.
Tabla 43
Comparación de la oferta y demanda de pectina en kilogramos por año
Año
2016
2017
2018
2019
2020
Demanda de
Pectina
(Kg/Año)
5285,95
6442,20
8653,00
10803,00
22062,90
Oferta de
Pectina
(Kg/Año)
12620,00
19995,00
13713,00
16136,00
33673,00
Fuente: Elaborado con base en datos de la Tabla 35 y 42
151
Como se puede observar en la tabla 43 se muestra una sobre oferta de pectina,
entonces es posible afirmar que no existe demanda insatisfecha. Se toma en cuenta que
como oferta se tomó a la pectina y a todos sus sustitutos lo que no permite identificar con
claridad la situación del mercado de la pectina.
4.5.
Síntesis sobre el mercado
En Bolivia actualmente no existen empresas dedicadas a la producción industrial
de aceite esencial y de pectina, estas materias primas son muy requeridas principalmente
en la industria de alimentos y estas al no encontrarlas en el mercado nacional, son
obligadas a importarlo de diferentes países con el fin de satisfacer su demanda.
Tomando en cuenta todo lo visto en el capítulo, el presente proyecto pretende
sustituir la importación de aceite esencial y pectina destinada a la industria de alimentos,
en base a los siguientes criterios:
•
Menor precio: Se busca introducir al mercado un producto a menor precio en
comparación al producto que se importa, es decir que se pretende tener una
ventaja competitiva frente a las importaciones que realizan las empresas que
utilizan pectina en sus respectivos procesos productivos
•
Calidad similar: Se pretende producir aceite esencial y pectina de similar calidad
al producto importado, dando igual importancia y controlando todos los procesos
respectivos, desde la llegada de materia prima hasta el empacado del producto,
brindando así un producto de calidad que pueda ser adquirido por las empresas
que utilizan este producto.
152
“SI• HICIERAMOS TODAS LAS COSAS DE
LAS
QUE
SOMOS
CAPACES,
LITERALMENTE NOS SORPRENDERIAMOS
A NOSOTROS MISMOS”
Tomas Alba Edison
CAPÍTULO V
INGENIERÍA DEL
PROYECTO:
PLANTA PILOTO
153
5.
CAPÍTULO V INGENIERÍA DEL PROYECTO: PLANTA PILOTO
Luego de haber descrito la situación de los aceites esenciales y la pectina en el
análisis de mercado en el capítulo anterior, el potencial de las hierbas aromáticas
presentes en la región y la obtención de aceites esenciales a nivel experimental, así como
la obtención de pectina aprovechando el residuo de otro proceso es alto. Este capítulo
tratara sobre el diseño de la planta piloto que se propone implementar, la descripción del
proceso productivo de obtención de aceites esenciales y pectina, la inversión para su
implementación, además de los precios finales de los aceites esenciales.
Los aceites esenciales se pueden obtener por diferentes métodos en este trabajo
fue el arrastre con vapor, debido a que es una práctica simple, económica y versátil. La
pectina se obtendrá por el método de hidrolisis acida. Para tal decisión se toma en cuenta
los ensayos preliminares realizados a escala laboratorio y trabajos relacionados
encontrados en la literatura, mencionados en el capítulo 3.
El proyecto considerara los rendimientos obtenidos en la parte experimental y
utilizara los datos del diseño para hacer una simulación de procesos en el programa
Aspen. Para el diseño se simularon cada una de las variables termodinámicas
involucradas en el proceso, como son: temperatura, presión, composición, flujos y tiempo
de extracción.
5.1.
Análisis de la Materia Prima
La materia prima utilizada en el proceso de extracción de aceite esencial y pectina
es la cáscara de naranja de la variedad criolla.
154
La naranja forma parte de la variedad de cítricos que se cultivan en Bolivia y es
una de las frutas que más se producen en nuestro país. En la tabla 44, se ve las
características del fruto, la Naranja. Sin embargo, la cáscara de naranja es la que será
nuestra materia prima.
Tabla 44
Características de la Naranja
FORMA DE LA NARANJA
Las naranjas tienen forma de esfera y son
pequeñas en los polos.
COLOR DE LA NARANJA
La cáscara es de color naranja, debajo de ella,
tiene una segunda piel blanca que envuelve el
fruto protegiendo la pulpa, la cual es muy
esponjosa y de un color anaranjado
SABOR DE LA NARANJA
La pulpa contiene entre 8 y 12 gajos alargados y
curvos, estos proporcionan un abundante jugo de
sabor dulce con matices ácidos, más o menos
fuertes dependiendo de la variedad.
Fuente: Elaborado con base a datos de USAID
Se analizó la materia prima a utilizar desde el fruto como tal, para poder cuantificar
la cantidad de cascará, pulpa, y semillas. En la Figura 37 las partes de la Naranja. Se
realizo la caracterización con una muestra de 10 naranjas criollas, para tal efecto se siguió
el diagrama de flujo de la Figura 38.
155
Figura 37
Partes de la Naranja
Fuente: Elaborado con base en datos de Espinal, 2015
Figura 38
Proceso para el análisis de la naranja
Fuente: Elaborado con base en la experimentación realizada para la caracterización
156
Se procedió a realizar la medición de las características de la naranja (Diámetro,
Peso, Volumen del jugo, peso de las pepas, peso del bagazo), y se tomó los datos en
una hoja de registro de datos. Las operaciones que se siguieron para el registro de datos
se ven en la ilustración de la Figura 39.
Figura 39
Diagrama de operaciones para la caracterización de la naranja
Fuente: Elaborado con base en fotos recopiladas de la experimentación realizada, 2022
En el grafico 40, se ve la hoja de registro de datos que se llenó con los datos
obtenidos de las operaciones de identificación de las 10 naranjas que se caracterizaron
como muestra. La naranja que se usó para tal contiene impurezas, para la medición se
realizó un previo lavado y retiro de principalmente la tierra, una vez lavada se la dejo
secar.
157
En la medición de diámetros se vio que no todas las naranjas tienen una forma
esférica. Sin embargo, para tomar la medida se vio el lado más uniforme. También se
evidencio que hay naranjas que contienen mayor cantidad en peso de cascara y albedo
y pepas a comparación de otras.
Figura 40
Imagen de la Hoja de registro de datos para el análisis de la naranja
HOJA DE REGISTRO DE LOS DATOS
PRODUCTO
Naranja
Se realizo el análisis de las características de la naranja para
DESCRIPCIÓN
obtener diferentes parámetros (Peso, Volumen, Diámetro).
TAMAÑO DE LOTE
10
CARACTERÍSTICAS DE LA NARANJA
Diámetro
Peso
NARANJA
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
D [mm]
68,86
72,89
71,8
68,84
73,86
64,74
73,82
68,78
66,02
68,86
m [g]
172
191
193
157
255
146
203
170
166
171
Peso de la
cascara
m [g]
30
32
42
34
55
29
40
31
28
32
PROMEDIO
69,85
182,4
35,3
Volumen Peso de las Peso del
del Jugo
bagazo
pepas
v [ml]
m [g]
m [g]
82
1
45
91
4
57
80
3
62
74
1
49
121
2
65
58
2
54
91
1
67
93
2
52
78
1
51
77
1
43
84,5
1,8
54,5
Fuente: Elaborado para la recolección de datos de la experimentación realizada, 2022
Se puede apreciar que en promedio una naranja criolla pesa 182 gr, y que la
cáscara 35.3 gr lo que representa el 19.35% de la fruta es cáscara, el 0.99% son pepas
y el 29.88% es el bagazo. Al sumar esos porcentajes el 50.22% del peso de la naranja se
158
considera desecho. También se pudo apreciar que algunas naranjas contenían más piel
blanca que otras así también bagazo y pepas blancas por lo que se concluye que el
volumen del jugo no depende de las dimensiones de la naranja.
El presente proyecto plantea la utilización de la cáscara de naranja que se
desecha en las plantas industrializadoras de esta fruta y la que se podría aprovechar de
los vendedores ambulantes de jugo de naranja en la Ciudad de La Paz. La materia prima
para nuestro proceso es valorada actualmente solo como un desecho y no es utilizada en
ningún otro proceso. Por lo que la obtención de esta no representa ningún problema. Se
tomó como referencia los volúmenes y variedad de fruta que es utilizada por la Compañía
de Alimentos Delizia Ltda. que corresponde a una variedad criolla, ellos tienen un proceso
de lavado después de la recepción de la naranja, entonces su cáscara se encuentra limpia
y exenta de tierra. La cáscara obtenida de esta planta de industrialización, que es en
cascos es la más óptima para el proceso de extracción de aceite esencial y pectina como
se evidencia en el capítulo tres.
5.2.
Características del producto
5.2.1. Aceite Esencial
La presentación comercial de aceite esencial es líquida en envases de vidrio color
ámbar de 20 cm3 con densidad aproximada de 0.83 e índice de refracción de 1,47.
El aceite esencial de naranja tiene efecto antidepresivo, antiinflamatorio,
antiséptico, bactericida, sedante nervioso, digestivo, fungicida, hipotensor, estimulante
digestivo, y linfático, estomacal, además de ser muy apreciado en cosmética.
159
5.2.1.1.
Aspecto físico
El aspecto físico que el aceite esencial presentara es:
•
Forma: Liquido
•
Color: Blanco o de color ligeramente amarillo
•
Olor: Característico, cítrico, fresco, intenso
Se tomo esta presentación por la volatilidad de los aceites esenciales por lo cual
debe ser almacenado de manera correcta y el tamaño porque es la presentación más
comercial. Como se ve en el grafico 41.
Figura 41
Foto del envase de presentación para el Aceite Esencial
5.2.2. Pectina
La presentación comercial de la pectina es en polvo especificación malla 80
(0.180mm) de color pardo o marfil con densidad aproximada de 0.70gr/cm3 y 150 grados
de poder gelificante, es un compuesto rico en acido tetra-galacturonico muy metoxilizado.
160
Su principal utilización está en la fabricación de jaleas, mermeladas y otros
productos alimenticios en que la solidificación depende total o parcialmente de la
formación de geles.
5.2.2.1.
Aspecto físico
El aspecto físico que la pectina presenta es:
•
Forma: Polvo grueso fino
•
Color: Blanco o de color marfil
•
Textura: Mucilaginoso (viscoso en contacto con agua)
•
Olor: Casi inodoro
•
Solubilidad: Casi completamente soluble en agua, insoluble en alcohol
Presentación del producto en bolsas de papel Kraft de 5 kilos de capacidad, por
dentro una bolsa de polietileno de baja densidad, como se ve en la Figura 42. Se tomo
esta presentación porque es la más usada por otros productores.
Figura 42
Foto del envase de presentación de Pectina
161
5.3.
Selección de Tecnología
La producción de aceite esencial por arrastre de vapor a partir de la cascara de
naranja puede describirse como un proceso compuesto de cinco etapas principales:
acondicionamiento de la materia prima, extracción del aceite, separación, deshidratación
y filtración. El proceso de destilación con vapor para la obtención de aceite esencial
provee buenos en comparación con el proceso de prensión en frio, el cual es
generalmente usado para la extracción de aceite esencial de cítricos. En cuanto a la
producción de pectina por hidrolisis acida puede describirse como un proceso compuesto
de diez etapas principales: acondicionamiento de la materia prima, extracción del aceite,
escaldado, extracción de la pectina, prensado, concentración, precipitación, purificación,
secado y molienda.
El proceso de producción de aceite esencial y pectina a partir de la cascara de
naranja presentado en este trabajo, se realizó mediante la integración de los procesos
antes descritos en los cuales se presentan las condiciones de operación con altos
rendimientos. Aprovechando y dando valor agregado al residuo existente.
5.4.
Proceso integral: Prueba Experimental
La materia prima que será procesada en la planta piloto puede ser provenientes
de grandes industrias como la Compañía de Alimentos Delicia y Simsa, se podría hacer
una alianza comercial con dichas empresas. También se podría hacer un convenio con
los comerciantes ambulantes para obtener las cascaras en la cantidad justa que la planta
pueda procesar.
Se realizo extracciones a partir de cáscara de naranja. El proceso experimental
del proceso integral realizado se describe a continuación. Se detallan las diferentes
162
etapas del proceso de extracción de aceite esencial y pectina en un solo proceso integral
como se muestra en el diagrama de flujo de la figura 43.
Recepción de Materia Prima: Las cascaras de naranja se recepcionó en un
contenedor abierto para dejar que se ambienten, y así evitar la acumulación de humedad
y por consiguiente la formación de hongos.
Lavado: Es la operación en la cual se remueve la tierra, polvo, basura y todo
elemento adherido a la cascara ya que estos afectan de manera directa en la calidad del
aceite esencial y la pectina. Se lo realiza con agua fría, frotando con las manos la parte
superior de la cascara. Una vez lavado se lo pone a escurrir para eliminar el excedente
de agua de la superficie y de esta manera no aumentar la humedad de la materia prima.
Seleccionado: Se selecciono la cascara de forma manual para verificar la
presencia de agentes contaminantes, hongos y cualquier otro elemento que pudiese
afectar el proceso. Se rechazo además aquellas que presentan alto grado de maduración
o que están en estado descomposición.
Picado: operación que se realizó con el fin de incrementar la superficie de
contacto de las cascaras de naranja con las distintas soluciones que se añadan en las
operaciones siguientes. Se debe reducir el tamaño de la cascara aproximadamente a 4
cm2.
Extracción del aceite esencial: Las cascaras deben ser empacadas en la cesta
del extractor. Dejándolas caer lentamente dentro de ella, no aplastar ni empujar la cascara
dentro del cesto. Se coloca el material dentro de la cesta, se llena de agua el caldero que
generara el vapor por medio de una hornilla simple. Luego de alcanzar el punto de
ebullición el condensador entra en operación.
163
Condensación: Se realiza la extracción por 2 horas aproximadamente, revisando
constantemente el flujo de agua fría en el condensador. El proceso de extracción termina
cuando se observa que la cantidad de aceite se mantiene constante. El condensador
opera circulando agua a una temperatura no mayor de 15°C. Después del periodo de
extracción, que dura aproximadamente dos horas, se obtienen las primeras gotas de lo
que se llama destilado.
Decantación: La diferencia de densidades entre el agua y el aceite esencial
después de dejarlo en reposo es visible para la diferenciación de ambos líquidos, por lo
cual el aceite esencial se posa en la parte superior del recipiente, de este modo solo se
extrae el aceite esencial. De la destilación se obtiene una emulsión de agua y aceite que
se separa por decantación simple. Se recibe el Hidrolato o agua floral de forma continua.
Cuando termina la extracción, se espera a que todo el aceite se concentre y después
recién se lo recoge en frascos de color ámbar para evitar la posible descomposición del
aceite por efecto de la luz.
1ª. Hidrolisis acida: Las cascaras obtenidas después de la extracción del aceite
esencial serán sometidas al proceso de extracción de pectina. Se realiza la hidrolisis de
la cascara con agua acidulada. La hidrolisis acida es la parte más importante del proceso
de extracción de pectina.
Primero se procede al pesado de los residuos de la cascara después de la
extracción de aceite. El peso obtenido determinara las relaciones de los aditivos a usar
en las siguientes operaciones.
Se pesa la cantidad de cascara, en una olla se le añade agua en una relación de
1:3. Por ejemplo 1 litro de agua por cada 300 gr de cáscara.
164
Habiendo llenado la olla, se procede a incluir el ácido cítrico en la solución, el ácido
cítrico se encarga de disminuir el pH de la solución, hasta un promedio de 3. Se añade el
ácido cítrico poco a poco. La relación va de 1:0.015, es decir por 1 Kg de cascara se
deben añadir 0.015 Kg de ácido cítrico, sin embargo, no es una relación exacta. Por lo
que se añade el ácido cítrico de 5 gr en 5 gr, hasta llegar a un pH ideal de 2,2 que de
acuerdo a varios estudios es en esa solución acidulada se ve mayor rendimiento. El pH
aceptable es desde 1,5 hasta 3.
Para el proceso de separación, se somete a calentamiento a la solución hasta que
comience a hervir, y unos 20 minutos más después de alcanzar su punto de ebullición,
agitando de manera constante para que la pectina separada no se pegue a las paredes
de la olla.
Terminado el proceso de calentamiento se vuelve a medir el pH, en el experimento
se midió un pH = 3, es decir, que la solución no sufrió alteración en su pH.
Para terminar el proceso de hidrolisis acida se debe dejar enfriar por 5 a 7 minutos.
2ª. Filtrado: La solución anterior se separa mediante una coladera casera para
obtener solo la mezcla de pectina con agua y ácido cítrico
3ª. Concentrado: La mezcla resultante del proceso de hidrolisis acida vuelve a
ser calentada para poder concentrarla, a una temperatura aproximada de 60°C o menos
durante unos 20 minutos.
4ª. Precipitado: De la solución de concentrado se ha evaporado el 25% de la
solución, a esta solución primero se la debe medir en volumen y añadir el doble de
165
volumen en alcohol de esta manera se puede producir la precipitación completa de la
pectina. Se agita de 5 a 7 minutos y se deja precipitar por lo menos 1 hora.
5ª. Filtrado: El filtrado de la pectina se lo realiza con un filtro de tela, se vacía en
pequeñas cantidades y con ayuda de una cuchara de cocina, se separa el líquido y la
pectina húmeda queda atrapada en la tela.
6ª. Secado: La pectina húmeda separada se extiende en bandejas para su
posterior secado. Se somete a secado natural, se deben disponer de varias bandejas con
la pectina dispersa y se la deja secar un mínimo de 48 a 72 horas.
7ª. Molido: En la misma tela que se usó para el filtrado se colocó los trozos de
pectina seca, se cubre en su totalidad haciendo uso de un martillo de cocina.
8ª. Tamizado: La pectina se debe pasar por un tamiz especial cuyo diámetro de
las redes sea similar, el cual garantiza un producto homogéneo para su posterior
envasado. El tamiz a utilizar debe ser de malla 80.
En el diagrama de flujo de la figura 43 se ve el proceso seguido con fotos de apoyo
tomadas en el momento de la experimentación
Figura 43
Diagrama de flujo del proceso integral para la extracción de Aceite Esencial y Pectina
166
Fuente: Elaborado con base en datos y fotos recopiladas de la experimentación, 2022
5.4.1. Rendimiento experimental del proceso integral
Para el proceso de extracción de aceite esencial y pectina se utilizó un kilogramo
de cascara de naranja fresca con una humedad del 80% porcentaje en peso.
167
Los rendimientos obtenidos fueron de 10 mililitros de aceite por kilogramo de
cascara fresca. La extracción de aceite se realizó tal como se detalla en el punto anterior.
El tiempo de extracción de aceite esencial con vapor de agua fue de 4,5 horas. Al aceite
esencial extraído fue medido mediante un phmetro dando una lectura de 4,3. Es
importante resaltar que la técnica de extracción con vapor de agua, la materia prima
únicamente entra en contacto con vapor de agua, sin la necesidad de agregar solventes
químicos, lo que asegura un aceite esencial de alta calidad.
Para el proceso de extracción de pectinas, se utilizó la cáscara de naranja
provenientes del proceso de extracción de aceite esencial. La extracción de la pectina se
la realizo como se describe en el punto anterior. Los rendimientos obtenidos fueron de
49.7% en relación a la pectina teórica presente en la cascara. El tiempo del proceso de
obtención de la pectina fue aproximadamente de 4 horas, sin incluir la operación de
secado. El secado al natural fue aproximadamente de 48 horas. Se uso un secado natural
para no alterar el color de la pectina extraída, ya que al secar la pectina en un horno o un
secador de bandejas se corre el riesgo de que el calor queme la pectina y la vuelva más
oscura.
En la tabla 45 se muestran los rendimientos del proceso integral desarrollado
experimentalmente asi como variables de control que influyen en le proceso como es la
temperatura. Se realizaron cuatro pruebas a las que se identifica con PI = prueba integral
y el número de prueba.
168
Tabla 45
Variables de control y rendimientos del proceso integral
ACEITE ESENCIAL
Tempera
Volumen
tura del Material Masa de
Muestra
Densida
Tiempo
Rendimi
de
vapor de Residual Aceite
d teórica
Codigo Inicial
(min)
Aceite
ento
agua
(g/ml)
(g)
(g)
(g)
(ml)
(°C)
PI - 1
PI - 2
PI - 3
PI - 4
2000
2300
2000
1500
Codigo
200
270
240
200
83
81
87
81
2087,00
8,10
2400,05
15,25
2087,00
11,92
1565,25
7,98
PECTINA
9,76
18,15
14,54
9,50
0,83
0,84
0,82
0,84
0,41%
0,66%
0,60%
0,53%
Masa
Ph en la
Masa
Volumen
Tiempo
Volumen
Caracterist
pectina
acido
hidrolisi
Masa
Rendimi icas de la
solución
de agua
de
seca y
citrico
s
albedo
Hidrolisi
concentr
añadido
pectina
ento
molida(g
añadida
(Aproxim
(g)
s (min)
ada (ml)
obtenida
(ml)
(g)
ado)
)
Pectina de
color
marfil
oscuro
Pectina
marfil
claro a
ocre
PI - 1
1500
5000
15
130
2,5
3750
190
12,67%
PI - 2
1200
4000
12
105
2,2
3000
240
20,00%
PI - 3
1100
3600
11
110
2,8
2700
210
19,09%
Pectina de
color ocre
18,00%
Pectina
marfil
claro a
ocre
PI - 4
1000
3300
10
90
2,6
2475
180
Fuente: Elaborado con base en datos recopiladas y calculados de la experimentación
En la segunda prueba es donde se ven rendimientos más altos. Para el aceite
esencial de 0.66 % y para la pectina de 20.00%. La pectina obtenida de este proceso es
de color marfil a ocre lo que es importante en su comercialización, ya que en la industria
alimenticia no se acepta pectina de color oscuro.
169
Los diferentes rendimientos se dieron por las características de la cascara que se
usó para cada prueba.
Los rendimientos entre las diferentes variables no tienen variaciones muy
significativas. La pectina obtenida de las diferentes pruebas varia principalmente en el
color. La pectina que es de color oscuro resultante de la tercera prueba no es aceptada
en la industria de alimentos.
Si se compara estos rendimientos con la base teórica establecida en la
composición de la cáscara de naranja el rendimiento de pectina y aceite esencial son de
54% y 49,7% respectivamente.
Se concluye que el rendimiento más alto a partir de un kilogramo de cáscara, se
dio en la prueba integral PI - 2, presentada en la tabla 45, donde se trabajó con cáscara
que aun contenía parte de su pulpa cortada en pedazos de aproximadamente 4 cm 2 a
partir de la cascara en cascos. Este tipo de cáscara es la que más produce la industria
de la naranja.
5.4.2. Balance masico
El balance masico del proceso de extracción de aceite esencial tuvo como objetivo
esencial la cuantificación del rendimiento de los insumos del proceso como el fruto y a su
vez la cuantificación de los residuos. Para realizar el respectivo balance masico se tomó
en cuenta los datos del análisis experimental descrito anteriormente.
170
Figura 44
Balance Másico
Cascara de Naranja
Cáscara
1,100 kg
Cáscara
1,100 kg
Recepción de materia prima
Cáscara
1,100 kg
Cáscara limpia
1,100 kg
Lavado
Agua Limpia
1kilo (1 litro)
Cáscara limpia
1,100 kg
Vapor de agua
87°C 20 litros
Cáscara seleccionada
1 kg
Seleccionado
Cáscara seleccionada
1 kg
Cáscara picada
1 kg
Agua Sucia
1kilo (1 litro)
Cáscara desechada
0,1 kg
Cáscara picada
1 kg
Cáscara húmeda
Picado
1,080 kg
Vapor de agua
87°C 20 litros
Extracción del Aceite Esencial
Flujo de agua
17°C 30 litros
Aceite esencial
e hidrolato
3,7 litros
Acido cítrico
0.015 kg
Solución péptica hidrolizada
7,357 kg
Flujo de agua
50°C 30 litros
Aceite esencial
Agua para tratamiento
3,75 kg
Filtración
Aceite esencial e
hidrolato
T < 60°C
3,6 litros
Hidrolato
3,5 litros
Decantacion
Solución para concentrar
3,06 kg
Solución péptica concentrada
2,5 kg
Pectina precipitada
0,220 kg
Precipitación
Solución péptica concentrada
2,5 kg
Etanol al 70%
5 kg
Solución para concentrar
3,06 kg
Agua evaporada
0,56 kg
Concentrado
Aceite Esencial
15,25 gr – 1 ,2 ml
Solución de precipitado
7,28 kh
Pectina precipitada
0,220 kg
Pectina filtrada
0,220 kg
Filtración
Pectina seca
0,175 kg
T <= 40°C
Pectina filtrada
0,220 kg
Agua
3,04 kg (litros)
Solución péptica hidrolizada
7,357 kg
Hidrolisis ácida
Cáscara húmeda
1,080 kg
Condensación
Agua Residual
3,24 kg (litros)
Secado
Merma
0,045kg
Pectina molida
0,164kg
Pectina seca
0,175 kg
Molienda
Pectina tamizada
0,164kg
Tamizado
Merma
0,011kg
Malla 80
Pectina tamizada
0,164kg
Pectina
Fuente: Elaborado con base en datos recopiladas y calculados a partir de la
experimentación
171
5.4.3. Análisis Fisicoquímicos
Nuestro país no cuenta con normas que establezcan las características del aceite
esencial y pectina extraídas a partir de cascara de naranja, por lo cual se recurrió a otras
normas para poder validar los estudios realizados. Estas normas son del país vecino
Argentina, establecen los requisitos fisicoquímicos que debe cumplir el mencionado
aceite esencial y pectina a través del análisis y parámetros de densidad relativa, índice
de refracción, poder rotatorio, peróxidos orgánicos, solubilidad en alcohol etílico, grupos
carbonilos, valoración olfatoria, residuos por evaporación, porcentaje de cenizas y
porcentaje de humedad.
Las técnicas con las que se efectuaron las distintas determinaciones para el aceite
esencial y pectina se establecen en las siguientes normas:
Tabla 46
Normas para análisis fisicoquímicos de aceites esenciales y pectina
Análisis
Densidad Relativa
Indice de Refracción
Peróxidos orgánicos
Poder Rotatorio
Solubilidad en alcohol etílico
Grupos carbonilos
Valoración Olfatoria
Residuo por evporación
Metodos para la determinacion de cenizas
Método de de determinación de la humedad
Norma
IRAM 18504
IRAM 18505
IRAM 18506
IRAM 18507
IRAM 18510
IRAM 18515
IRAM SAIPA 18601
IRAM SAIPA 18712
IRAM SAIPA 18657
IRAM 5586
Fuente: Elaborado con base en datos del IRAM, 2022
172
En la tabla 47 se muestran los resultados obtenidos de los diferentes análisis
fisicoquímicos realizados en la facultad de bioquímica bajo recomendación del Instituto
de Servicios de Laboratorios de Diagnóstico e Investigación en Salud (SELADIS). Los
cuales están en el Anexo I.
Tabla 47
Resultados Análisis Fisicoquímicos para el Aceite Esencial y pectina
Parametros de aceptabilidad
Aceite Esencial
Requisitos
Unidad
Min
Max
Resultado
Observación
Densidad Relativa a 20°C
0,8498639
Aceptable
0,842
0,851
Indice de Refracción
1,47
1,475
1,4735
Aceptable
(+)94
Aceptable
Poder Rotatorio a 20°C
Grados
(+)94
(+)98
Peróxidos Orgánicos
Negativo
Negativo Sin cambio de color Aceptable
Ph
4,3
Aceptable
4
5
Pectina
Ceniza
Humedad
äcido anhidrogalacturónico
Contenido de metoxil ester
Grado de estrificación
%
%
%
%
3,7
5,57
37,01
1,6
72,28
3,9
5,63
37,21
2
72,57
3,8
5,6
37,11
1,8
72,43
Aceptable
Aceptable
Aceptable
Aceptable
Aceptable
Fuente: Elaborado con base en datos obtenidos de los análisis fisicoquímicos, anexo I.
Como se puede observar en la tabla 47, todos los parámetros fisicoquímicos del
aceite esencial y pectina extraídos cumplen con los parámetros de aceptabilidad.
5.4.4. Análisis microbiológicos
Las características microbiológicas requeridas para el aceite esencial y pectina
extraída de la cáscara de naranja no deben cumplir ningún requisito o parámetro en
específico, pero para efectos del presente estudio se realizaron análisis microbiológicos
173
sobre recuento total de bacterias aerobias, coliformes, levaduras y mohos; con la finalidad
de evaluar la cantidad microbiológica de producto obtenidos
Las técnicas con las que fueron realizados los análisis microbiológicos de los
recuentos mencionados anteriormente se encuentran conforme a lo establecido en las
siguientes normas bolivianas:
Tabla 48
Normas para análisis microbiológicos
Análisis
Recuento total bacterianas aerobias
Recuento total bacterias coliformes
Recuento toal mohos y levaduras
Norma
NB-655
NB-657
NB-658
Fuente: Elaborado con base en datos de IBNORCA, 2022
En la tabla 49 se muestran los resultados obtenidos de los diferentes análisis
microbiológicos realizados en la facultad de bioquímica por recomendación del Instituto
de Servicios de Laboratorios de Diagnóstico e Investigación en Salud (SELADIS). Los
cuales están en el Anexo II.
Este análisis fue realizado con la finalidad de determinar el contenido de
microorganismos existentes en el aceite esencial. Los parámetros de aceptación en las
normas mencionadas en la tabla 47 dicen que el recuento de colonias no debe ser
mayores a 102 UFC por cc, debiendo tender a cero coliformes totales. En la Tabla 49 se
muestran los resultados obtenidos de los diferentes análisis microbiológicos.
174
Tabla 49
Resultados de los análisis microbiológicos para el aceite esencial
Aceite Esencial
Bacterias mesófilas
Mohos y Levaduras
aerobias viables
Ausencia
Ausencia
Coliformes totaes
Ausencia
Fuente: Elaborado con base en datos obtenidos de los análisis fisicoquímicos, anexo I.
En el Anexo III se observa, los trámites a llevarse a cabo para la obtención del
registro sanitario en Bolivia.
5.5.
Proceso Integral: Simulación Experimental e Industrial
5.5.1. Simulación experimental
Teniendo en cuenta las condiciones realizadas a nivel experimental, la base de
cálculo para el desarrollo de simulación fue 1kg/h. El flujo masico, junto con las
composiciones de la cascara de naranja permitió simular el proceso integrado de
producción de aceite esencial y pectina. El grafico 45 muestra el diagrama de flujo del
proceso simulado, con la diferencia de que en el proceso de laboratorio no existe
recirculación de agua como en el proceso simulado. Así mismo sucede con el etanol en
ambos procesos. En consecuencia, el sistema simulado permite la producción de aceite
esencial de alta pureza y pectina.
En el esquema simulado se obtuvo una producción de 11,14 ml de aceite esencial
y 35 gr de pectina a partir de la cascara fresca con un contenido de humedad del 80% en
peso. En el área de extracción de aceite se obtiene los residuos de cáscara de naranja,
175
que son llevados a la extracción de pectinas mediante el desarrollo del proceso de
hidrolisis acida.
Para esto se emplea 12 gr de ácido cítrico en promedio. Después de realizar la
hidrolisis se obtiene una corriente de desechos “Desechos de cáscara de naranja”, que
contiene 3,08 y 22,3 de porcentaje en peso en base seca del aceite y pectina no extraídos
en el proceso respectivamente.
El proceso de separación consta de dos etapas, la primera fue la purificación y
deshidratación del aceite esencial, esta área consta de un extractor donde el vapor de
agua a 90°C arrastro el aceite esencial. Este fue condensado antes de pasar al
decantador donde se separó la fase acuosa del aceite esencial. Finalmente, fue
deshidratado con sulfato de sodio anhidro obteniendo finalmente 11,14 litros por hora de
aceite esencial.
Figura 45
Diagrama de flujo del proceso simulado del proceso integral
Fuente: Reproducido de Cerón & Cardona, 2015
176
La corriente acuosa proveniente del decantador fue recirculada hacia el extractor
con una relación de divisor de 90% para recuperar la fracción de aceite disuelta en agua.
De la corriente recirculada se obtuvo una corriente de purga “efluente liquido (purga)”, la
cual contine 0,05% de aceite esencial.
La segunda etapa de separación en el proceso simulado fue la encargada de la
purificación y secado de la pectina. En la etapa de precipitación fueron necesario 0,52
litros por hora de etanol, el 90% del etanol utilizado fue recuperado en un evaporador de
una etapa y recirculando al proceso con el fin de disminuir la cantidad de etanol fresco
requerido. El proceso de secado se llevó a cabo en un horno de circulación de aire frío
donde se disminuyó la humedad y trazas de etanol, obteniéndose finalmente 61,72% de
pectina en una corriente de 0.035 kg/h.
El rendimiento alcanzado en la simulación fue de 60,03% para el aceite esencial
y 49,95% para la pectina, con base al contenido inicial de cada uno en la cáscara de
naranja.
Se puede observar que los rendimientos obtenidos en laboratorio y la simulación
experimental no presentan variaciones significativas. Por lo tanto, la herramienta de
simulación permitió realizar la evaluación del proceso en la etapa de diseño permitiendo
comparar de manera eficiente diferentes etapas, acercando los conceptos y decisiones
lo más posible a la realidad.
5.5.2. Simulación Industrial
El proceso simulado, engloba dos etapas ilustradas en la Figura 45, siguiendo las
mismas condiciones descritas en los puntos 5.4. La capacidad de la planta de producción
de aceites esenciales y pectina usada fue de 1000 kg/h.
177
Los requerimientos de servicios por kilogramo de cascara fresca procesada
obtenido de los resultados de las simulaciones son:
A nivel de laboratorio procesando 1 kilogramo de cáscara: para la caldera es de
284,66 kilo Joules, para el enfriador es de 353,19 kilo Joules y energía eléctrica 0,0035
kilo Watts.
A nivel industrial procesando 1000 kilogramos de cáscara: para la caldera es de
236,27 kilo Joules, para el enfriador es de 293,15 kilo Joules y energía eléctrica 0,0029
kilo Watts.
En este sentido al procesar 1000 kg/h de cascara se logra reducciones en los
requerimientos de los servicios de alrededor del 17% por cada kilogramo de cáscara
procesada.
El rendimiento alcanzado en la simulación industrial fue de 61,03% para el aceite
esencial y 51.45% para la pectina, con base al contenido inicial de cada uno en la cáscara
de naranja.
Tabla 50
Rendimientos del proceso integral
Rendimientos
De aceite esencial (%)
De pectina (%)
Simulación de la
experimentación
en laboratorio (1
kg)
60,03
49,95
Procedimiento
de laboratorio
(1kg)
Simulación
industrial
(1000 kg)
54
49,7
61,03
51,45
Fuente: Elaborado con base en datos recopilados y calculados de la experimentación
178
Los rendimientos presentados en la tabla 50 no muestran grandes variaciones,
demostrando así la coherencia entre un proceso con un kilogramo a nivel laboratorio y
1000 kilogramos a escala industrial.
Por lo tanto, se puede afirmar que con 1000 gramos de cáscara se podría llegar a
extraer hasta 610,3 gramos de aceite esencial y 514,5 gramos de pectina.
5.6.
Diagrama de flujo del proceso integral a nivel industrial
El diagrama de flujo en la figura 46 corresponde al proceso integral para la
extracción de aceite esencial y pectina a partir de la cáscara de naranja a nivel industrial.
El proceso integral está compuesto por 15 operaciones, siete para la extracción
del aceite esencial que son: Recepcionado, Lavado, Seleccionado, Picado, Destilado,
Condensado y Decantado y ocho para la extracción de pectina que son: Hidrolisis,
Filtrado, Concentrado, Precipitado, Filtrado, Secado, Molido, Tamizado.
Figura 46
Diagrama de flujo del Proceso Integral
179
Cascara de Naranja
Recepción de materia prima
Lavado
Seleccionado
Desecho
de cáscara
Picado
Vapor de
agua 87°C
Extracción del Aceite Esencial
Flujo de
agua 17°C
Condensación
Aceite
esencial
Decantacion
Residuo de cáscaras
Ácido
cítrico
Hidrolisis ácida
Filtración
Desecho
de cáscara
Concentrado
Efluente
ácida
Precipitación
Etanol
70%
Filtración
Efluente
etanólica
T < 60°C
Hidrolato
Aceite esencial
T <= 40°C
Secado
Molienda
Tamizado
Malla 80
Pectina
Fuente: Elaborado con base a datos analizados de la sección 3.2 y 3.3
180
5.7.
Descripción del proceso integral
Recepción de Materia Prima: Las cascaras de naranja deben ser recepcionadas
en un contenedor abierto para dejar que se ambienten, y así evitar la acumulación de
humedad y por consiguiente la formación de hongos.
Lavado: Proceso en el cual se elimina la tierra, polvo, basura y todo elemento
adherido a la cascara ya que estos afectan de manera directa en la calidad del aceite
esencial y la pectina.
Seleccionado: Generalmente, la naranja contiene mayor cantidad de pectina que
de aceite esencial y por lo tanto se logra un mejor rendimiento en este proceso. Es
importante seleccionar residuos de naranjas en buen estado, es decir, sin hongos,
gusanos o partes en descomposición. Normalmente los residuos cítricos, provenientes
de frutos previamente seleccionados. Se selecciona la cascara de forma manual para
verificar la presencia de agentes contaminantes, hongos y cualquier otro elemento que
pudiese afectar el proceso. Se debe rechazar además aquellas que presentan alto grado
de maduración o que están en estado descomposición.
Picado: Para aumentar el área superficial de contacto es recomendable reducir el
tamaño de los residuos cítricos, que se utilizaran en el proceso integral de extracción de
aceite esencial y pectina. Para efectos de este trabajo de investigación y habiendo
investigado maquinaria industrial para el corte de alimentos, se conoce que los
fragmentos de residuos cítricos serán cortados de aproximadamente 3 cm por 3 cm.
Extracción del aceite esencial: Las cascaras deben ser empacadas en la cesta
del extractor. Dejando caer las cascaras lentamente dentro de ella, no aplastar ni empujar
la cascara dentro del cesto. Se coloca el material dentro de la cesta, se introduce agua
181
en el caldero que generara el vapor por medio de una hornilla simple. Luego de alcanzar
el punto de ebullición el condensador entra en operación.
Condensación: El proceso de extracción dura 2 horas aproximadamente,
revisando constantemente el flujo de agua fría en el condensador. El proceso de
extracción termina cuando se observa que la cantidad de aceite se mantiene constante.
El condensador opera circulando agua a una temperatura no mayor de 15°C. Después
del periodo de extracción, se obtienen las primeras gotas de lo que se llama destilado.
Decantación: La diferencia de densidades entre el agua y el aceite esencial
después de dejarlo en reposo permite que sea visible la diferenciación de ambos líquidos,
el aceite esencial se posa en la parte superior del recipiente, de este modo solo se extrae
el aceite esencial. De la destilación se obtiene una emulsión de agua y aceite que se
separa por decantación simple. Se recibe el Hidrolato o agua floral de forma continua.
Cuando termina la extracción, se espera a que todo el aceite se concentre y después
recién se lo recoge en frascos de color ámbar para evitar la posible descomposición del
aceite por efecto de la luz debido a la volatilidad de este.
1ª. Hidrolisis acida: Las cascaras obtenidas después de la extracción del aceite
esencial serán sometidas al proceso de extracción de pectina. Se realiza la hidrolisis de
la cascara con agua acidulada. La hidrolisis acida es la parte más importante del proceso
de extracción de pectina.
Primero se procede al pesado de los residuos de la cascara después de la
extracción de aceite. El peso obtenido determinara las relaciones de los aditivos a usar
en las siguientes operaciones.
182
Se pesa la cantidad de cascara, en una olla se le añade agua en una relación de
1:3. Por ejemplo 1 litro de agua por cada 300 gr de cáscara.
Se procede a incluir el ácido cítrico en la solución, el ácido cítrico se encarga de
disminuir el pH de la solución, hasta un promedio de 3. Se añade el ácido cítrico poco a
poco. La relación va de 1:0.015, es decir por 1 Kg de cascara se deben añadir 0.015 Kg
de ácido cítrico, hasta llegar a un pH ideal de 2,2 que de acuerdo a varios estudios es en
esa solución acidulada que se ve mayor rendimiento. El pH aceptable es desde 1,5 hasta
3. Se ha comprobado que el Ph 2,2 es ideal para que las características del producto no
se vean modificadas o deterioradas. Para el proceso de hidrolisis acida hay dos métodos
que pueden llevarse a cabo de manera industrial: Abierto y Cerrado. En el método abierto,
el calentamiento de la solución se lleva a cabo en un recipiente abierto a la atmosfera,
mientras que en el método cerrado se emplea un condensador, con el único objeto de
hacer el reflujo del solvente. El sistema que se considera para el proyecto es el sistema
cerrado. El tiempo de calentamiento de la solución es de 30 a 35 minutos a partir del
momento en que se alcanza el punto de ebullición. Debe mantenerse agitación
permanente para evitar que el material solido se deposite en el fondo del tanque de
hidrolisis.
2ª. Filtrado: Una vez que se suspende la agitación, se filtra la solución con ayuda
de un filtro de prensa, con el objetivo de separar el material solido de la solución liquida.
La hidrolisis del material solido se debe repetir una vez más, para mejorar la eficiencia de
la extracción, en medio acuoso. La solución anterior se separa mediante una coladera
casera para obtener solo la mezcla de a pectina con agua y ácido cítrico
3ª. Concentrado: Para preparar la solución para la precipitación de la pectina, es
conveniente concentrarla. De este proceso, depende la calidad de pectina que se quiera.
183
Para el caso de una pectina blanca, no es conveniente la concentración, mientras que, si
se acepta una coloración amarilla, se puede concentrar tanto como se quiera. El objetivo
del subproceso de la concentración es el de disminuir el uso del alcohol en el proceso de
precipitación, evaporando la mayor cantidad de agua de la mezcla heterogénea que hasta
el momento se ha obtenido. Es decir, que en este proceso se podrá extraer una solución
con pectina sin presencia de agua. La mejor alternativa es concentrar a la solución a
temperaturas menores de 60°C.La mezcla resultante del proceso de hidrolisis acida
vuelve a ser calentada para poder concentrarla, a una temperatura aproximada de 60°C
o menos durante unos 20 minutos.
4ª. Precipitado: Se estandarizará el subproceso con etanol comercial por menor
costo y facilidad de compra en el mercado local. Es más favorable que en la precipitación
de las pectinas se pueda utilizar un volumen de alcohol equivalente al 605 del volumen
de la solución, metodología que no disminuye el rendimiento de una manera notable y si
disminuye los costos sustancialmente. El alcohol que se usa en la precipitación se
recupera para ser reutilizado por medio de un proceso de destilación.
5ª. Filtrado: El filtrado de la pectina se lo realiza con un filtro de tela, vaciando en
pequeñas cantidades y con ayuda de una cuchara de cocina se separa el líquido y la
pectina húmeda queda atrapada en la tela.
6ª. Secado: El proceso de secado de la pectina se realiza a baja temperatura en
una corriente de aire caliente por 10 horas en un cuarto hermético o al aire libre por
secado natural por aproximadamente 2 días. Sin embargo, cuando se utiliza una estufa
para el secado el color de la pectina tiende a oscurecerse, por lo que se pierde una de
las características exigidas por el mercado. Para efectos del presente proyecto, se
contará con un sistema de secado por bandejas que puede demandar menos de 10 horas.
184
7ª. Molido: Para homogeneizar el tamaño de la partícula y mejorar la apariencia
de la pectina, esta debe ser molida en un molino de bolas, de un tamaño de 2,5 cm, hasta
que pueda pasar por un tamiz malla 80. Una vez la pectina sea envasada según la
definición de nuestro producto esta debe almacenarse en un lugar seco. Preferiblemente
un almacén cuyo % de humedad sea mínimo.
5.8.
Capacidad de Producción
Para la capacidad de producción se toma en cuenta la capacidad de los equipos
como planta piloto y la capacidad en función a la demanda proyectada. Una planta piloto
permite estudiar de manera integral el proceso propuesto.
La capacidad total de producción está determinada por la línea de obtención de
aceites esenciales, ya que este constituye la primera parte del proceso integral. Además,
la capacidad total se verá limitada a la de una planta piloto tanto para el aceite esencial
como para la pectina.
Los tiempos de ejecución de las actividades en las que no se utilizan maquinas
como el recepcionado y lavado de la materia prima, son en promedio de 30 minutos cada
una y el tiempo de aquellas actividades en las que se requiere maquinaria dependerá de
la programación de la misma.
La capacidad de producción diaria será limitada por las operaciones de extracción
y se pretende procesar 15 a 20 kilos de cáscara al día. La capacidad de producción de la
máquina de extracción se determinará por el aceite esencial, el cual a obtener diferentes
parámetros de extracción como lo son temperatura de agua y tipo de material vegetal
usado.
185
Desde el punto de vista de la proyección del mercado, se define que el presente
proyecto pretendería sustituir hasta el 25% de las importaciones de aceite esencial y
pectina por las empresas del rubro alimenticio, para la toma de decisiones se consideró
los siguientes aspectos importantes:
•
Disponibilidad de Materia Prima: este dato va estrechamente relacionado con la
generación de residuos de naranja diaria de las empresas descritas en los
capítulos anteriores, la cual es la parte más importante ya que de esto depende la
producción.
•
Proyección de la demanda de aceite esencial y pectina: este dato va
estrechamente relacionado con las importaciones que realizan las diferentes
empresas dedicadas al rubro alimenticio, por el crecimiento constante de su
demanda
Habiendo analizado los anteriores aspectos es posible calcular el tamaño de
planta, como también los días laborales anuales en la ciudad de La Paz. Se toma como
base 262 días laborales anuales.
Habiendo calculado los días laborales anuales en la ciudad de La Paz es posible
calcular la capacidad instalada de la siguiente manera:
𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝐼𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑎𝑑𝑎 = 𝐷𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑𝑎 𝑃𝑟𝑜𝑦𝑒𝑐𝑡𝑎𝑑𝑎 𝑎ñ𝑜 10 ∗ % 𝑆𝑢𝑠𝑡𝑖𝑡𝑢𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑖𝑚𝑝𝑜𝑟𝑡𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠
𝐶𝐼 = 𝐷𝑃 𝑎ñ𝑜 10 ∗ % 𝑆𝐼
Entonces la capacidad instalada de la planta para la producción de aceite y pectina
es:
𝐶𝐼 = 300,196 ∗ % 25
186
𝐶𝐼 = 75,49
𝑘𝑔
𝑎ñ𝑜
Según los datos anteriores, para el año 2025 la proyección tiene como resultado
300.193 kg de pectina importada, de la cual se debe cubrir el 25% de esta demanda
detallada, la misma se muestra en resumen en la Tabla 51, mostrando la capacidad
instalada de la planta por unidad de tiempo que se debería realizar:
Tabla 51
Capacidad por unidad de tiempo
Cantidad (Kg)
Cantidad (Tn)
Año
75048,25
75,05
Mes
6254,02
6,25
Día
301,40
0,30
La producción diaria deberá ser de 301.40 kilogramos tomando en cuenta 8 horas
de trabajo diario.
Si bien la capacidad instalada es de 75048.25 (Kg/Año) desde el punto de vista
del mercado, la planta no podrá operar al 100% de su capacidad, sino ascenderá
progresivamente en función de la demanda proyectada como se muestra en la Tabla 52.
Tabla 52
Capacidad de producción
187
Año
Produccion
Demanda
Capacidad de
estimada anual estimada anual
la planta
(kg)
(kg)
2023
2024
2025
2026
2027
2028
2029
2030
2031
2032
25%
25%
40%
40%
70%
70%
70%
100%
100%
100%
18762,06
18762,06
30019,30
30019,30
52533,77
52533,77
52533,77
75048,25
75048,25
75048,25
11489,50
15674,25
20578,30
26202,00
32544,75
39606,75
47388,25
55889,00
65109,00
75048,25
Fuente: Elaborado con base a datos calculados de la sección 5.8
5.9.
Localización del proyecto
La ubicación del proyecto será proyectada en el Laboratorio de Procesos del
Instituto de Investigaciones Industriales.
•
Macro localización: El proyecto estará ubicada en el Estado Plurinacional de
Bolivia, Departamento de La Paz, Provincia Murillo, más específicamente en la
Ciudad de El Alto.
•
Micro localización: La localización del proyecto tiene las siguientes
características:
o
Terreno: Disponible el laboratorio de procesos
o
Disponibilidad de materia prima: Disponible el espacio de
almacenamiento
o
Disponibilidad de mano de obra: Para la supervisión y control de proceso
de producción
o
Costo de Insumos: Insumos disponibles mediante control de inventario
188
o
Servicios Básicos: Se cuenta con todos los servicios básicos disponibles
o
Comunicación: Accesos por diferentes vías
5.10. Requerimiento de Materia Prima e Insumos
El proceso de selección de materia prima es un punto fundamental para realizar
el proceso de destilación debido a que el control de calidad del material vegetal debe
cumplir con estándares impuestos donde se mencionan las características que la materia
prima debe tener al momento de su recepción por parte del personal calificado,
cumpliendo así varios requisitos mencionados a continuación.
En relación a la apariencia del material vegetal, el color de la naranja no debe ser
verdoso, debe tener olor característico a naranja y finalmente, la naranja no deberá estar
estropeada, aplastada o podrida. La textura, debe ser suave y firme, no debe ser blanda
ni tener restos de moho o colorantes compuestos por pigmentos, solventes orgánicos,
espesantes y aditivos que pueden quedar impregnados en las cáscaras de la naranja y
que pueden ser perjudiciales si se los consume por vía oral.
Si la materia prima que se va a seleccionar cumple con las características
previamente impuestas, será aceptada. De color anaranjado, no verde, no negra. Olor
característico cítrico, fresco, no fétido. Apariencia no aplastada, no magullada, no podrida.
Textura firme, no blanda, sin restos de moho.
Para el diseño, se estableció un 5 % de pérdida en el proceso de selección de
materia prima en base a las características mencionadas con anterioridad, a fin de
garantizar un proceso de producción eficiente y el costo de la planta.
189
5.11. Selección de Maquinaria y Equipos
Los equipos que se necesitan para la operación de la planta piloto para la
extracción de aceite esencial y pectina son los siguientes:
Tabla 53
Requerimiento de Maquinaria y Equipos
Maquinaria
Caracteristicas
Extractor por
arrastre de vapor
Equipo extractor de 50 a
100 litros de capacidad
Para la extraccion de aceite
1
Recirculador de
refrigeracion
De 30 a 100 litros
Para la refrigeracion del
condensador
1
Secador de
bandejas
Maximo 50 kg
Para el secado de la pectina
humeda
1
Balanza
Electronica
Precision de 0,01 kg
Para el pesado de material para la
extracción
1
Balanza de
precision
Precision de 0,01 gr
Para el pesado de material para el
envasado
1
Embudo de
decantación
Capacidad de 250 ml
Para la separación del aceite
esencial
1
Cortadora de
alimentos
400 kg/hr
Para la reducción del material
para la extracción
1
Tanque
enchaquetado
Capacidad minima de 50
litros
Para la mezcla y almacenamiento
1
Uso
Cantidad
190
Maquinaria
Filtro prensa
Caracteristicas
Separador de liquidos y
solidos a travez de
filtracion por presion
Uso
Cantidad
Separador de liquidos y solidos a
travez de filtracion por presion
1
Tanque simple
para concentrado
Capacidad minima de 50
litros
Para calentamiento, preservacion
del calor y preparaciones de
mezclas
1
Molino de
martillos
Minimo malla 50
Molienda de la pectina
1
Tamiz vibratorio
Malla 80
Elimina toda la contaminación
1
Tanque de
alcohol
Capacidad minima de 50
litros
De olitielino de alta densidad
1
Bomba
Capacidad minima de 50
litros
De desplazamiento positivo
2
Bandejas
Material acero inoxidable
Transporte de material
5
Herramientas de
medición y
control
Capacidad de laboratorio
Medición y control de pruebas
1
Fuente: Elaborado con base en datos de la sección 5.4
Existen una variedad de maquinarias y equipos que pueden utilizarse para la
implementación de una planta piloto que permita integrar en un solo proceso integral la
extracción de aceite esencial y de pectina. Las principales características de las
maquinarias a utilizar son:
•
Costo: costo de fabricación e importación
•
Diseño: calidad, material y tamaño
•
Capacidad: Cantidad de material vegetal que puede ser utilizada
•
Potencia: Consumo de energía en operación
•
Mantenimiento: Facilidad para lavado y limpieza, carga y descarga, y
disponibilidad de repuestos.
191
La metodología a utilizar para la selección de la maquinaria ser por mayor puntaje
ponderado, según los criterios antes mencionados que están listados en orden de
importancia.
5.11.1. Extractor de aceites esenciales
Se detallará las alternativas de los extractores de aceites esenciales de los cuales
se escogerá uno para ser utilizado en la planta piloto
•
Figmay SRL – Argentina
Figura 47
Figmay: Extractor por Arrastre de Vapor
Fuente: Reproducido de www.figmay.ar, 2022
192
o
Costos de fabricación e importación: $us 23200
o
Diseño: Diseño innovador. Hecho de vidrio de bosilicato, fuente de calor
tubos de cuarzo controlados por un tablero electronico. Estructura de
acero inoxidable. Su peso es de 32 Kg. Las dimensiones del equipo son
las siguientes: Ancho 0.90 m Largo 0.6 m y Alto 2 m.
o
Capacidad: 50 litros
o
Potencia: 6 kW
o
Mantenimiento: Facilidad para lavado y limpieza, presenta canastilla
donde se colocan las hierbas, las cuales son removibles. Ademas, el
vidrio del tipo borosilicato es mas resistente al choque termico que se
puede producir.
•
Ruiyuan Machinery – China
Figura 48
Ruiyan Machinery: Extractor por Arrastre de Vapor
Fuente: Reproducido de Ruiyan Machinery, 2021
193
o
Costos de fabricación e importación: $us 1600
o
Diseño: Diseño de 3 piezas ensambladas, fabricado de acero inoxidable.
Utilizado para extraer diferentes especies vegetales, incluyendo material
maderero. Su peso es de 200 Kg. Las dimensiones del equipo son las
siguientes: Ancho 1.11 m Largo 0.8 m y Alto 1.15 m.
o
Capacidad: 100 litros
o
Potencia: 6 kW
o
Mantenimiento: El mantenimiento puede realizar mediante el desmontaje
de las piezas que componen a la maquinaria ademas presenta
mangueras de drenaje del agua utilizada en el proceso.
•
Eternal Win – China
Figura 49
Eternal Win: Extractor por Arrastre de Vapor
Fuente: Reproducido de Eternal Win, 2021
194
o
Costos de fabricación e importación: $us 50000
o
Diseño: Fabricado de acero inoxidable. Utilizado para extraer diferentes
especies vegetales, incluyendo material maderero. Su peso es de 200
Kg. Las dimensiones del equipo son las siguientes: Ancho 0.85 m Largo
1.70 m y Alto 1.30 m.
o
Capacidad: 100 litros
o
Potencia: 10 kW
o
Mantenimiento: Se puede desaclopar el condensador del extractor. El
fabricante da garantia de 1 año
•
Capsucor – Perú
Figura 50
Capsucor: Extractor por Arrastre de Vapor
Fuente: Reproducido de Capsucor.com, 2022
195
o
Costos de fabricación e importación: $us 450000
o
Diseño: Fabricado de aluminio, en su interior contiene una bandeja de
alumnio para colocar el material vegetal ya sea flores o frutos. Las
dimensiones del equipo son las siguientes: Ancho 1.5 m y Alto 1.9 m
o
Capacidad: 100 litros
o
Potencia: Utiliza quemador de GLP
o
Mantenimiento: Se puede desaclopar el condensador del extractor
mediate la conexión que une a ambos.
•
Ecirtec – Brasil
Figura 51
Ecirtec: Extractor por Arrastre de Vapor
Fuente: Reproducido de Ecirtec, 2022
196
o
Costos de fabricación e importación: $us 36150
o
Diseño: Fabricado de acero inoxidable. Interior construido con fieroo
revestido de acero inoxidables doocan las planchas aluminio, en su
interior contiene una bandeja de alumnio para colocar el material vegetal
ya sea flores o frutos. Las dimensiones del equipo son las siguientes:
Ancho 1.5 m y Alto 1.9 m
•
o
Capacidad: 100 litros
o
Potencia: Utiliza quemador de GLP
o
Mantenimiento: Las piezas son desmontables
Inoxecu – Ecuador
Figura 52
Inoxecu: Extractor por Arrastre de Vapor
Fuente: Reproducido de Inoxecu, 2022
197
o
Costos de fabricación e importación: $us 42416
o
Diseño: Diseño tipo alambique, fabricado de acero inoxidable. Cuenta
con una tapa removible y una bandeja horiontal de recoleccion del aceite
esencial, luego d ela condesacion. Las dimensiones del equipo son las
siguientes: Ancho 0.8 m y Alto 1.5 m
o
Capacidad: 150 litros
o
Potencia: Utiliza tanque de gas propano
o
Mantenimiento: Olla en soporte tipo volquete para descargar la materia
prima, solo se puede desmontar el condensador. La parte inferior permite
la limpieza, las piezas son desmontables
A continuación, se detallan las alternativas de los extractores de aceites
esenciales, de los cuales se escogerá uno para el proyecto.
Tabla 54
Características de los extractores
Marca
Costos de
fabricacion e
Procedencia
importacion
($us)
Material
Capacidad
Potencia (kW) Mantenimiento
(litros)
Figmay SRL
Argentina
23200
Vidrio de
borsilicato
50
Ruiyuan
Machinery
China
1600
Acero
inoxidable
100
Eternal win
China
50000
Acero
Inoxidable
100
Capsucor
Peru
45000
Aluminio
80
Canastilla
removible
Desmontaje de
piezas y
3
mangueras de
drenaje
Facil
desmontaje, dos
10
años de
mantenimiento
Desmontaje de
Quemador de
piezas y
GLP
mangueras de
drenaje
6
198
Marca
Costos de
fabricacion e
Procedencia
importacion
($us)
Material
Capacidad
Potencia (kW) Mantenimiento
(litros)
Ecirtec
Brasil
36150
Acero
inoxidable
100
Quemador de
Facil desmontaje
GLP
Inoxecu
Ecuador
42416
Acero
inoxidable
150
Tanque de gas
de propano
Canastilla
removible
Fuente: Elaborado con base en datos de la sección 5.11
En base a la información presentada en la tabla 47 se asignará un porcentaje de
ponderación para cada factor mencionado. El factor más importante es el precio al que
se asigna un porcentaje de 30, es evidente que el diseño y la capacidad de los equipos
es parecida por lo cual se le asigna 20 por ciento a cada uno. Por último, la potencia y el
mantenimiento que dependen una de la otra y no menos importante se les asignará un
porcentaje de 15 cada uno. Luego del análisis por factor ponderado, se concluye cual es
nuestra mejor opción.
Tabla 55
Ponderación de la maquinaria para la extracción de aceites
Marca
Figmay SRL
Ruiyuan Machi
Eternal win
Capsucor
Ecirtec
Inoxecu
Costo
Diseño
Capacidad
Potencia
30%
15
20
5
8
12
12
20%
10
15
10
10
20
20
20%
10
20
20
15
15
15
15%
10
15
15
10
5
5
Mantenimie
nto
15%
15
10
15
5
10
10
Total
100%
60
80
65
48
62
62
Fuente: Elaborado con base a datos de la tabla 54
La opción que tiene mejor valoración es el de la marca Sunrise. El extractor es el
equipo más crítico dentro del proceso integral que se está proponiendo, es por eso que
199
se toman más consideraciones para seleccionar el adecuado. Este equipo ser la base
para los demás equipos.
5.11.2. Recirculador de refrigeración
Figura 53
Julabo: Recirculador de Refrigeración
Fuente: Reproducido de Julabo.com, 2022
Este equipo es utilizado en la operación de extracción y es conectado al
condensador del equipo de extracción. Este equipo servirá para recircular el agua a una
temperatura desde 0°C a 10°C, creando el choque térmico necesario para la
condensación del aceite esencial.
o
Marca: Julabo
o
Costo: $us 1550
o
Diseño: Regulador desde -25°C a +150°C. Las dimensiones del equipo
son las siguientes: Ancho 0.6 Largo 0.45 m y Alto 0.5 m
200
o
Capacidad: 30 litros
o
Potencia: 700 W
o
Mantenimiento: Acero inoxidable
5.11.3. Secador de bandejas
Figura 54
Novalindus: Secador de Bandejas
Fuente: Reproducido de Novalindus, 2022
Este equipo es utilizado en la operación de secado. Su función es reducir la
humedad de las plantas que serán procesadas en la planta piloto.
o
Marca: Novalindus
o
Costo: $us 5831
o
Diseño: Fabricado en acero inoxidables, con indicador de temperatura y
temporizador. Área de secado de 36 m2 con una capacidad de secado
201
de 40 kg Las dimensiones del equipo son las siguientes: Ancho 0.9 Largo
0.8 m y Alto 0.9 m
o
Potencia: 3 kW
5.11.4. Balanza electrónica
Este equipo se utilizará en la operación de recepción, para verificar el peso de los
sacos de recepción de material para la extracción. Equipo ya existente en el laboratorio
de procesos en el Instituto de Investigaciones Industriales.
Figura 55
Balanza electrónica industrial
Fuente: Foto tomada en el Instituto de Investigaciones Industriales
o
Características: Fabricado en acero inoxidable con un indicador digital de
peso
o
Capacidad: 150 Kg
o
Tamaño: Las dimensiones del equipo son las siguientes: Ancho 0.5
Largo 0.6 m
202
5.11.5. Balanza de precisión
Este equipo se utilizará en la operación de envasado, para verificar el peso del
aceite esencial obtenido.
Figura 56
Balanza electrónica de precisión
Fuente: Reproducido de Novalindus, 2022
o
Costo: $us 49
o
Características: precisión de 0.1 g de capacidad de 30 kg. Las
dimensiones del equipo son las siguientes: 24 cm por 35 cm
5.11.6. Decantador
Este equipo es usado en la operación de separación, para recuperar y almacenar
solo el aceite esencial.
203
Figura 57
Embudo decantador
Fuente: Reproducida IMGE, 2022
o
Costo: $us 50
o
Diseño: Decantador de vidrio con soporte universal
o
Capacidad: 250 ml
5.12. Disposición en planta
Para la disposición en planta se utilizará el método Güerchet. Para determinar la
distribución optima. Se enumera las áreas que se consideraran dentro de la planta piloto
y una superficie que tendrá cada una. Este método se utiliza para el cálculo de las
superficies, se calculan los espacios físicos, el número de operarios y los elementos
móviles. Las áreas para la operación de la planta piloto son:
1. Recepción de Materia Prima
2. Pesado y Cortado
3. Extracción y separación
204
4. Hidrolisis
5. Concentrado
6. Precipitado
7. Secado
8. Molido y tamizado
9. Envasado
En la tabla 54 se ve el estimado de la superficie de cada área:
Tabla 56
Superficies áreas de producción
N°
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Nombre del Área
Recepción de Materia Prima
Pesado y Cortado
Extracción y separación
Hidrolisis
Concentrado
Precipitado
Secado
Molido y tamizado
Administracipon y control
Envasado
TOTAL
m2
4
4
8
5
3
3
4
3
5
5
44
Fuente: Elaborado con base en datos calculados de la sección 5.11
Se considera tener 44 m2 teniendo en cuenta las áreas para vías de acceso y
traslado. Esta área calculada está en el rango sugerido para una planta piloto que es
entre 10 m2 y 50 m2.
205
•
Distribución en general
Luego de tener el área requerida para la instalación de la planta, se procede a
definir la disposición dentro de la superficie total designada dentro del Laboratorio de
Procesos.
Figura 58
Identificación de actividades para el proceso
Fuente: Elaborado con base en datos de Güerchet
•
Diagrama de punta de lápiz
Este diagrama permitirá distribuir las áreas y su contigüidad de manera que la
distribución de cada zona según las actividades dentro del proceso integral sea optima
A continuación, se detallará los criterios seleccionados:
•
Actividades consecutivas
•
Evitar contaminación
206
•
Uso de recursos
•
Disminuir distancias
Para poder realizar una evaluación sobre la decisión de la distribución de cada
área se ha asignado una puntuación sobre la cercanía que debe haber entre cada área
teniendo en cuenta los criterios arriba mencionados y las superficies de áreas de
producción.
Se ha establecido una letra para cada caso
-
A = Absolutamente necesario
-
E = Parcialmente necesario
-
I = Importante
-
O = Normal
-
U = Sin importancia
-
X = No deseable
-
XX = Altamente deseable
Figura 59
Diagrama Punta de Lápiz
207
Fuente: Elaborado con base en datos de la tabla 56
A continuación, se muestra el diagrama de distribución de áreas
Figura 60
Diagrama de distribución de áreas
208
Fuente: Elaborado con base en datos de la gráfica 59
209
“LAS PEQUEÑAS OPORTUIDADES SON EL
PRINCIPIO DE LAS GRANDES EMPRESAS”
Demóstenes
CAPÍTULO VI
ANALISÍS
ECONÓMICO
210
6.
CAPÍTULO VI ANÁLISIS ECONÓMICO
En el presente capítulo se realizará el análisis económico del proyecto,
considerando que el proyecto de Planta Piloto que tiene un objetivo investigativo dentro
del Instituto de Investigaciones Industriales que brinde un espacio de experimentación
con características industriales y asi evidenciar la combinación “hombre-maquinaestructura”.
6.1.
Impacto Económico Ambiental
Los problemas de contaminación ambiental relacionados con las actividades de la
industria en general pueden ser prevenidos con el desarrollo de procesos industriales
sostenibles, puesto que un proceso industrial es el conjunto de operaciones que hacen
posible la transformación de la materia prima e insumos en productos, subproductos,
residuos y desechos. Por lo tanto, un proceso industrial sostenible minimiza el impacto
ambiental.
Los residuos son aquellos que aún pueden ser utilizables como materia prima de
otro proceso, mientras que los desechos son aquellos resultantes de un proceso que ya
no se pueden aprovechar en ningún sentido, por lo que la cascara de naranja es
considerada como residuo.
Actualmente las empresas industrializadoras de naranja generan grandes
volúmenes de residuos estos siendo desperdiciados. Para el análisis se tomó como
referencia a la Compañía de Alimentos Delizia, que procesa 800 kilos de naranjas al día
se estima que de esta cantidad 320 kilos son el residuo que tienen una vez que extraen
el jugo a la naranja. Los 320 kilos de residuos estos están compuestos por cascara, pulpa,
semillas y bagazo. Solo la cascara llega a pesar 224 kilos.
211
Hablando de estos volúmenes de residuos, por mes es 6.720 kilos, al año 83.840
kilos, considerando solo los datos de esta empresa. Industrializando estos, se podría
reducir 83.840 kilos de desechos al año.
El recojo de residuos sólidos no tiene un costo fijo, varia por la zona y el tamaño
de donde se recogen. Las empresas grandes pagan un estimado de Bs. 100 al mes, las
medianas Bs. 90 y las pequeñas 30. Las industrias grandes pagan un estimado de Bs.
350 al mes y medianas Bs. 150. Según datos brindados por el jefe de la Unidad de
Gestión de Residuos Sólidos del gobierno Autónomo Municipal de La Paz, Nilo Garnica.
La Compañía de Alimentos Delizia incurre en un gasto aproximado de Bs. 4200
que se podría ahorrar al dar valor agregado a estos residuos que genera implementado
el proceso integral para la extracción de aceite esencial y pectina planteado en el
proyecto.
Por otro lado, residuos compuestos por cascara de naranja no solo son generados
por la industria, también se encuentra este tipo de residuos en las calles de la ciudad de
La Paz, que es generado por los vendedores ambulantes de Jugo de Naranja y en los
mercados populares por las señoras que expenden jugos y batidos. Para el recojo de
estos residuos el costo se ve directamente reflejado en la factura de servicios básicos
que pagan todos los residentes de la zona por igual. En el caso zonas centrales este
costo mensual es un aproximado de Bs 10, en zonas intermedias es de Bs. 8 y laderas
de Bs. 6. Este costo es variable en función principalmente en la cantidad, por lo cual este
costo podría ser reducido, esto afectaría de manera indirecta a los hogares y de manera
indirecta a la Alcaldía Municipal, ya que el costo mencionado es subvencionado por ellos
de los impuestos municipales que se pagan.
212
6.2.
Inversión total
La inversión base para la implementación de la planta piloto debe abarcar los
gastos operativos y los gastos de activo fijo.
La inversión total estará sujeta a una reserva de contingencia del 20% de la
inversión base, para posibles eventualidades en el proceso de implementación operativa
de la planta piloto.
6.2.1. Gastos pre operativos
En el proyecto se considera que la planta piloto para la extracción de aceite
esencial y pectina estará ubicada en las instalaciones del Instituto de Investigaciones
Industriales de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Mayor de San Andrés, en Cota
cota en el departamento de La Paz. Por lo cual no se considera como gasto la compra de
un terreno y la edificación del mismo.
Sin embargo, se considerarán gastos de refacción para la instalación de la
maquinaria y la correcta operación de la planta, como las conexiones hídricas y eléctricas
que se estima ascienden a un total de $us 1000. Este gasto está basado en el cálculo
aproximado de un área de 44 m2.
6.2.2. Adquisición de activo fijo
Los activos fijos comprenden la maquinaria utilizada para el proceso integral
planteado además de los equipos que serán utilizados para labores administrativas de
quien este a cargo de la planta piloto.
213
La maquinaria que ha sido seleccionada tiene una gran versatilidad ya que
también se puede utilizar con otros materiales vegetales, por lo que no se necesitara
incurrir en otros costos si se quisiese obtener otros productos.
Tabla 57
Inversión Maquinaria y Equipo de Producción
Maquinaria
Cantidad
Extractor por arrastre de vapor
Recirculador de refrigeracion
Secador de bandejas
Balanza de precision
Embudo de decantación
Cortadora de alimentos
Tanque enchaquetado
Filtro prensa
Tanque simple para concentrado
Molino de martillos
Tamiz vibratorio
Tanque de alcohol
Bomba
Bandejas
Herramientas de medición y control
TOTAL
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
5
1
Precio
Unitario ($)
Precio Total
($)
1.600,00
1.550,00
583,00
49,00
50,00
1.380,00
4.200,00
2.400,00
3.900,00
3.000,00
800,00
359,20
71,83
43,10
638,02
1.600,00
1.550,00
583,00
49,00
50,00
1.380,00
4.200,00
2.400,00
3.900,00
3.000,00
800,00
359,20
143,66
215,50
638,02
20.868,38
Fuente: Elaborado con base en datos de la sección 5.11
Teniendo en cuenta los gastos pre – operativos y los de adquisición de activo fijo,
el total de la inversión está en la tabla 58. Las adquisiciones del activo fijo constituyen
uno de los egresos más altos para iniciar las operaciones en la planta piloto y las
adquisiciones más representativas es el tanque de encachetado seguido por el tanque
para concentrado y el molino de martillos. A este gasto se le adiciona lo que se requiere
para la instalación de la planta piloto que son $us 1000 por 40 m 2.
214
Tabla 58
Inversión total del proyecto
DETALLE DE INVERSIÓN
TOTAL INVERSIÓN BASE
RESERVA DE CONTINGENCIA (20%)
GASTOS DE REFACCIÓN
TOTAL INVERSIÓN ($)
TOTAL ($)
20.868,38
4.173,68
1.000,00
26.042,06
Fuente: Elaborado con base en datos de la tabla 57
Por lo tanto, para la implementación y operación de la planta piloto se requiere $
26.042,06.
6.3.
Programa de producción
Para el primer año de operación se considerará una producción al 70% de la
capacidad de la máquina, teniendo en cuenta una tasa de crecimiento del 10% anual. Al
cuarto año se trabajará al 100% de la capacidad del equipo. La capacidad de la planta a
partir de la maquina extractora de aceites esenciales es la que limitara la capacidad total
de la planta debido a que en la integración de los procesos los residuos en esta maquinan
se vuelven la materia prima del siguiente sub proceso. La capacidad de la planta es de
50 litros de volumen para el procesamiento de la materia prima, lo que aproximadamente
llega a ser de 7 a 10 kilos de cáscara de naranja, dependiente del factor de empaque y la
humedad de la cáscara. Al día se procesarán aproximadamente 18 kilos de cáscara.
Considerando
el rendimiento
promedio
del proceso
integral obtenido en
la
experimentación, se realiza la proyección del aceite esencial y pectina que se espera
obtener en los primeros cuatro años de funcionamiento. El año productivo considera 262
días laborales.
215
Tabla 59
Producción anual estimada de aceite esencial y pectina
PRODUCCIÓN
ACEITE ESENCIAL (LITROS)
PECTINA (KILOS)
AÑO 1
53,00
524,00
AÑO 2
58,30
576,40
AÑO 3
64,13
634,04
AÑO 4
70,54
697,44
AÑO 5
70,54
697,44
Fuente: Elaborado con base en datos de la capacidad y rendimiento de los equipos
6.4.
Costos operativos
Considerando que los costos varían con la cantidad de producción se tiene que el
costo total está conformado por el tipo de costo fijo y tipo de costo variable, cuyo detalle
se presenta en los siguientes apartados
6.4.1. Costo de administración
Los costos directos de la producción, los cuales se refieren al pago de la
remuneración de la persona que se encargara de la operación de la planta, se contempla
como un sueldo básico en Bolivia al año 2022, quedando en 2250 Bs/mes
6.4.2. Costo de producción
6.4.2.1.
Para el Aceite Esencial
Se considera que el proceso de extracción de aceite esencial por el método de
arrastre de vapor, no requiere ningún aditivo. Solo se necesita energía para el
funcionamiento de la maquinaria y agua para el refrigerante. Se considerará un costo en
la materia prima como costo de adquisición, sin embargo, este costo solo es referencial,
dado que se busca aprovechar la materia prima desechada por las empresas que
industrializan la naranja.
216
Tabla 60
Costos de Producción para el Aceite Esencial
70%
CONCEPTOS
AÑO 1
Cascara de naranja (Bs)
17.280,00
Energía Eléctrica (Bs)
1.908,00
Agua (Bs)
600,00
Envases de vidrio color ambar(Bs) 10.000,00
TOTAL
29.788,00
CAPACIDAD DE PRODUCCION
80%
90%
100%
AÑO 2
AÑO 3
AÑO 4
19.008,00
20.908,80
22.999,68
2.098,80
2.308,68
2.539,55
660,00
726,00
798,60
11.000,00
12.100,00
13.310,00
32.766,80
36.043,48
39.647,83
100%
AÑO 5
22.999,68
2.539,55
798,60
13.310,00
39.647,83
Fuente: Elaborado con base en datos calculados a parir de la Ingeniería del Proyecto,
capitulo V
•
Costo Unitario
Para determinar el costo unitario se considera que el volumen de producción es
de 171,247 gramos cada día al 70% de capacidad, se calcula con la densidad mínima
que el volumen es de 203,381 ml.
Para un año laboral se consideran 262 días, el volumen de producción será de
53285,82 mililitros al año.
𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑈𝑛𝑖𝑡𝑎𝑟𝑖𝑜 =
Costo total de producción 29788,00 𝐵𝑠
𝐵𝑠
=
= 0,56
Volúmen de producción
53285,82 𝑚𝑙
𝑚𝑙
Las unidades de producción por cada unidad de 20 ml de aceite esencial de
naranja en un año de trabajo serán:
𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑠 =
Volumen de producción 53285,82 𝑚𝑙
=
= 2664 𝑢𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒𝑠
20 𝑚𝑙
Volúmen del envase
217
Se debe calcular el costo bruto por unidad, para la determinación del costo bruto
se tomó en cuenta el costo unitario calculado anteriormente por el producto de 20 ml, lo
que lleva el producto en un frasco
𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑏𝑟𝑢𝑡𝑜 = Volumen del envase ∗ Costo unitario = 20 𝑚𝑙 ∗ 0,56
𝐵𝑠
= 11,2 𝐵𝑠
𝑚𝑙
Costo bruto del producto: 11,2 Bs
6.4.2.2.
Para la Pectina
La materia prima directa para el proceso de extracción de pectina está dada por
la cascara de naranja, ácido cítrico, alcohol etílico, energía eléctrica y agua. En la
siguiente tabla se muestra los costes de materia prima y la cantidad necesaria para la
producción en el primer año. Se considerará un costo en la materia prima como costo
cero, sin embargo, este costo solo es referencial, dado que se utilizará la cáscara residual
en el proceso anterior (proceso de extracción de aceite esencial).
Tabla 61
Costos de Producción de pectina
CONCEPTOS
Cascara de naranja (Bs)
Energía Eléctrica (Bs)
Agua (Bs)
Ácido cítrico (Bs)
Alcohol etilico (Bs)
Bolsas de papel Kraft (Bs)
TOTAL
70%
AÑO 1
0,00
1.347,05
200,00
824,99
90.783,00
219,14
93.374,17
CAPACIDAD DE PRODUCCION
80%
90%
100%
AÑO 2
AÑO 3
AÑO 4
0,00
0,00
0,00
1.481,75
1.629,93
1.792,92
220,00
242,00
266,20
907,48
998,23
1.098,06
99.861,30 109.847,43 120.832,17
241,05
265,16
291,67
102.711,59 112.982,74 124.281,02
100%
AÑO 5
0,00
1.792,92
266,20
1.098,06
120.832,17
291,67
124.281,02
Fuente: Elaborado con base en datos calculados a partir de la Ingeniería del Proyecto,
Capitulo V
218
•
Costo unitario
Para la determinación del costo unitario se considera que el volumen de
producción es de 2.46 kilo gramos cada día, en función a la materia prima a procesar que
queda después de la extracción del aceite esencial.
Para un año laboral se consideran 262 días, el volumen de producción será de
644,52 kilos al año.
𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑈𝑛𝑖𝑡𝑎𝑟𝑖𝑜 =
Costo total de producción 93374,17 𝐵𝑠
𝐵𝑠
=
= 144,87
Volúmen de producción
644,52 𝑘𝑔
𝑘𝑔
Las unidades de producción por cada unidad de 5 kilogramos de pectina de
naranja en un año de trabajo serán:
𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑠 =
Volmen de producción 644,52 𝑘𝑔
=
= 128 𝑢𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒𝑠
5 𝑘𝑔
Volúmen del envase
Primero se calcula el costo bruto, para la determinación del costo bruto se tomó
en cuenta el costo unitario calculado anteriormente por el producto de 5 kg, lo que lleva
el producto en una bolsa.
𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑏𝑟𝑢𝑡𝑜 = Volumen del envase ∗ Costo unitario = 5 𝑘𝑔 ∗ 144,87
𝐵𝑠
= 724,35 𝐵𝑠
𝑘𝑔
Costo bruto del producto: 724,35 Bs
6.5.
Ingresos del proyecto
Para calcular los ingresos del proyecto se calcularán los precios unitarios en base
a los costos brutos unitarios de producción tanto para el aceite esencial y la pectina. El
219
precio de los aceites esenciales varía según la base vegetal que ha sido utilizada. En
base a estos precios del mercado nacional, se establecerán los precios del aceite esencial
y la pectina extraídos en la planta piloto.
Para los cálculos de comparación correspondientes se tomó en cuenta el costo
del producto de FLORAMATIC que asciende a 3,4 dólares americanos, esta empresa se
encuentra en el país vecino de chile y es de quien SIMSA consume sus productos.
6.5.1. Precio unitario
6.5.1.1.
Para el Aceite Esencial
Con el cálculo del costo unitario, se puede calcular el precio de venta. Tomando
en cuenta el margen de utilidad, IVA y costo, el precio de venta se calcula con:
𝑃𝑟𝑒𝑐𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑣𝑒𝑛𝑡𝑎 =
=
Costo unitario de producción ∗ (1 + Margen de utilidad)
1 − IVA
11,2 ∗ (1 + 0,10)
= 14.48 𝐵𝑠
1 − 0,1494
𝑃𝑟𝑒𝑐𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑣𝑒𝑛𝑡𝑎 = 15 𝐵𝑠
Se ve que el precio obtenido es competitivo ya que Floramatic ofrece el mismo
producto a 23,66 Bs
6.5.1.2.
Para la pectina
Tomando en cuenta el margen de utilidad, IVA y costo, el precio de venta se
calcula con:
220
𝑃𝑟𝑒𝑐𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑣𝑒𝑛𝑡𝑎 =
=
Costo unitario de producción ∗ (1 + Margen de utilidad)
1 − IVA
724,35 ∗ (1 + 0,10)
= 936.73 𝐵𝑠
1 − 0,1494
𝑃𝑟𝑒𝑐𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑣𝑒𝑛𝑡𝑎 = 937 𝐵𝑠
El precio para la presentación del producto en bolsas de papel Kraft de 5
kilogramos será de Bs. 937 por cada uno de los productos.
Las unidades de venta de acuerdo al programa de producción que se mostró al
inicio del capítulo permiten realizar los ingresos proyectados mostrados en la tabla 62.
Tabla 62
Ingresos Proyectados para el aceite esencial y la pectina
PRODUCCION
ACEITE ESENCIAL (LITROS)
PECTINA (KILOS)
AÑO 1
AÑO 2
66,25
72,88
655,00
720,50
ACEITE ESENCIAL
AÑO 3
80,16
792,55
AÑO 4
88,18
871,81
AÑO 5
88,18
871,81
Producción en mililitros
66.250,00
72.875,00
80.162,50
88.178,75
88.178,75
Unidades de aceite esencial en
envases de 20 ml
3.312,50
3.643,75
4.008,13
4.408,94
4.408,94
15,00
15,00
15,00
15,00
15,00
49.687,50
54.656,25
60.121,88
66.134,06
66.134,06
Precio unitario (Bs)
Total ingreso por ventas de aceite
esencial (Bs)
PECTINA
Producción en kilogramos
655,00
720,50
792,55
871,81
871,81
Unidades de pectina en envases de 5
kg
131,00
144,10
158,51
174,36
174,36
Precio unitario (Bs)
937,00
937,00
937,00
937,00
937,00
122.747,00
135.021,70
148.523,87
163.376,26
163.376,26
172.434,50
189.677,95
208.645,75
229.510,32
229.510,32
Total ingreso por ventas de
pectina(Bs)
Total ingreso por ventas (Bs)
Fuente: Elaborado con base en datos calculados a partir de la sección 6.2 y 6.4
221
Considerando que el proyecto tiene el enfoque del desarrollo investigativo se
prevé dar cursos de capacitación desde el primer año de operación, se estima cuatro
cursos al año, con un mínimo de 25 inscritos y un precio de 150 Bs, estos datos son
estimados en base a los cursos que imparten los institutos de investigación de la facultad
de ingeniería. Esto servirá como otro ingreso en el flujo de caja.
6.6.
Cálculo de indicadores financieros
Para realizar el flujo de caja se toman los siguientes costos:
•
Inversión inicial en el año 0, dicha inversión se supone será cubierta en su total
por la universidad dado el objetivo del proyecto de Planta piloto para el Instituto
de Investigaciones Industriales.
•
Ingresos por venta del producto
•
Costos de Operación
•
Depreciación de la maquinaria: Maquinaria y equipo, 8 años de vida útil con un
coeficiente de 12,5%
Los mismos que fueron desarrollados en los anteriores puntos.
Se debe considerar que el objetivo del proyecto, que es de investigación como planta
piloto y perteneciente a la Universidad no se consideran préstamos bancarios, ni pago de
impuestos.
222
Tabla 63
Flujo de caja del proyecto
Capacidad
Periodo
Detalle
Inversión inicial
70%
80%
90%
AÑO 0
AÑO 1
AÑO 2
Moneda: Bolivianos
183.758,34
0,00
0,00
100%
AÑO 3
100%
100%
AÑO 4
AÑO 5
T/C Bs/$ 6,96
0,00
0,00
0,00
Ingresos Proyectados
Ingresos por ventas
172.434,50
189.677,95
208.645,75
229.510,32
229.510,32
Otros Ingresos (Cursos de
Capacitación)
15.000,00
15.000,00
15.000,00
15.000,00
15.000,00
Total Ingresos
187.434,50
204.677,95
223.645,75
244.510,32
244.510,32
Costos Proyectados
Costos de Operación para el
aceite Esencial
29.788,00
32.766,80
36.043,48
39.647,83
39.647,83
Costos de Operación para la
pectina
93.374,17
102.711,59
112.982,74
124.281,02
124.281,02
Costos de Administración
13.500,00
13.500,00
13.500,00
13.500,00
13.500,00
Depreciación activos fijos
12.954,00
12.954,00
12.954,00
12.954,00
12.954,00
Total costos
149.616,17
161.932,39
175.480,22
190.382,85
190.382,85
37.818,33
42.745,56
48.165,52
54.127,47
54.127,47
12.954,00
12.954,00
12.954,00
12.954,00
12.954,00
50.772,33
55.699,56
61.119,52
67.081,47
67.081,47
Utilidad bruta
-183.758,34
Depreciación activos fijos
Flujo de caja
-183.758,34
Fuente: Elaborado con base en datos calculados a partir de la sección 6.1, 6.3 y 6.4
También se debe resaltar que el impacto más importante que tendrá el proyecto
es investigativo, educativo y por ende social. Sin embargo, con una producción
experimental mínima se demuestra con los siguientes indicadores la factibilidad
económica del proyecto. Como se observa en la tabla 63, se tiene un VAN positivo por lo
que permite asumir que el proyecto será rentable. El TIR calculado es mayor a nuestra
tasa de oportunidad lo que también se traduce como que el proyecto es viable. La relación
Beneficio/Costo permite ver más globalmente la recuperación por el valor invertido, en
223
este caso da 0, 98 lo que indicaría que se está alcanzando el punto de equilibrio, pero no
da una certeza de que lo hagamos.
Tabla 64
Flujo de caja del proyecto
Indicadores Financieros
TASA DE OPORTUNIDAD
TASA INTERNA DE RETORNO
VALOR ACTUAL NETO
RELACIÓ BENEFICIO COSTO
En bolivianos (Bs)
12,00%
18,09%
26943,24
0,98%
Fuente: Elaborado con base en datos calculados a partir de la tabla 63
224
CONCLUSIONES
Y
RECOMENDACION
ES
225
CONCLUSIONES
En cuanto a lo abordado por el proyecto de investigación se evidencia que existe
una gran cantidad de residuos que quedan de la industrialización de la Naranja, que solo
son desechados, los residuos componen cáscara, pulpa, semillas. Como consecuencia
existe un impacto ambiental posible de reducir con el proyecto.
De los resultados de este proyecto de investigación se evidencia que las
principales aplicaciones del aceite esencial y pectina son en la industria de alimentos. Se
identifica como potencial de implementación del proyecto en su máximo aprovechamiento
en las industrias que hacen jugo de naranja. Puesto que ellos mismos requieren el aceite
esencial y la pectina como parte de sus insumos en la formulación de sus productos.
En el análisis de la materia prima, en base una muestra de naranjas de la variedad
criolla se determinó que en promedio una naranja pesa 182 gramos, la cáscara 35.3
gramos lo que representa el 19.35% de la fruta es cáscara, el 0.99% son pepas y el
29.88% es el bagazo constituido por albedo y pulpa. En consecuencia, se evidencia que
estos porcentajes constituyen el 50.22% del peso de la naranja que es considerado como
desecho. Se pudo apreciar también que algunas naranjas contenían más piel blanca que
otras así también bagazo (albedo con pulpa) y pepas blancas lo que lleva a la conclusión
que el volumen del jugo que se extrae no depende de las dimensiones de la naranja. De
lo reportado por Espinal (2005), a partir del análisis fisicoquímico que realiza a la cascara
de naranja se destaca que la cáscara de naranja contiene 1,5% en peso de aceite
esencial y 17% en peso de pectina aproximadamente. De tal información se calcula que,
si se habla de 1000 gramos de cáscara de naranja a procesar, se podría llegar a extraer
hasta 15 gramos de aceite esencial y 170 gramos de pectina.
226
Como consecuencia de lo expuesto, se evidencia el potencial de la cascara de
naranja el presente proyecto planteo la utilización de la cáscara de naranja que se
desecha en las plantas industrializadoras de esta fruta y la que se podría aprovechar de
los vendedores ambulantes de jugo de naranja en la Ciudad de La Paz. La materia prima
para nuestro proceso es valorada actualmente solo como un desecho y no es utilizada en
ningún otro proceso. Por lo que la obtención de esta no representa ningún problema.
De los estudios previos de los procesos individuales de extracción tanto como para
el aceite esencial y la pectina. Del primer proceso se concluye que existe un alto flujo de
uso de agua para la refrigeración en el proceso de extracción de aceite esencial, y existe
disminución en el rendimiento por el aceite que no puede recuperar que queda en las
paredes del vaso florentino. Es importante resaltar que la técnica de extracción con vapor
de agua, la materia prima únicamente entra en contacto con vapor de agua, sin la
necesidad de agregar solventes químicos, lo que asegura un aceite esencial de alta
calidad. De le extracción de pectina se evidencia que el proceso requiere volúmenes altos
de etanol, que luego pueden ser recuperados. De las diferentes pruebas realizadas con
la cascara de naranja, la que da mayor rendimiento es la cascara que está cortada en
cascos o mitades que es la que comúnmente proviene de las industrias alimenticias. El
combinar los procesos individuales como un solo proceso integral se presenta como
ventaja la disminución en equipos en las etapas de recepción de materia prima, lavado,
molienda, pesado y extracción de aceite. Ya que estas operaciones con las mismas en
ambos procesos y se requieren solo una vez.
Para la prueba experimental del proceso integral de extracción de aceite esencial
y pectina se utilizó un kilogramo de cascara de naranja fresca con una humedad del 80%
porcentaje en peso. La extracción del aceite esencial se realizó por medio de destilación
con vapor, los rendimientos obtenidos fueron de 18 ml/kg de cascara fresca. El tiempo de
227
extracción de aceite esencial con vapor de agua fue de 2,5 horas. Al aceite esencial
extraído fue medido mediante un phmetro dando una lectura de 4,3.
Para el proceso de extracción de pectinas, se utilizó la cáscara de naranja
provenientes del proceso de extracción de aceite esencial. El peso obtenido de pectina
fue de 165 gramos. El tiempo del proceso de obtención de la pectina fue
aproximadamente de 4 horas, sin incluir la operación de secado. El secado al natural fue
aproximadamente de 48 horas. Se uso un secado natural para no alterar el color de la
pectina extraída, ya que al secar la pectina en un horno o un secador de bandejas se
corre el riesgo de que el calor queme la pectina y la vuelva más oscura.
Comparando estos valores con la composición de la cascara de naranja el
rendimiento de extracción de pectina y aceite esencial es de 54% y 49,7%
respectivamente.
Se simulo el proceso integral a nivel experimental considerando 1 kilogramo de
cascara a procesar y el rendimiento alcanzado en la simulación fue de 60,03% para el
aceite esencial y 49,95% para la pectina, con base al contenido inicial de cada uno en la
cáscara de naranja.
Al observar que los rendimientos obtenidos en laboratorio y la simulación
experimental se concluye que estas no presentan variaciones significativas.
Se simulo el proceso integral a nivel industrial, procesando 1000 kilogramos el
rendimiento alcanzado en la simulación industrial fue de 61,03% para el aceite esencial y
51.45% para la pectina, con base al contenido inicial de cada uno en la cáscara de
naranja.
228
El aceite esencial extraído tiene una densidad de 0,85 gr/cc un índice de refracción
de 1,47 y un pH de 4,3. La pectina tiene una humedad de 5,6 y un grado de esterificación
de 72,43. El aceite extraído es de alta calidad al no tener ningún aditivo en su proceso de
extracción, por su índice de refracción se ve que la volatilidad de aceite no es alta, por lo
que el aceite tiene más vida útil bajo un correcto almacenamiento. La pectina tiene un alto
grado de esterificación, esto es bastante requerido en la industria de alimentos, este dato
indica que su poder de gelificación es alto por lo que sus volúmenes de uso dentro de la
formulación de un producto serian menores, esto es una disminución en tema de costos
para ese producto. El aceite esencial de naranja tiene una fracción considerable de
compuestos de alto peso molecular, responsables del olor y sabor característico de este
producto, permitiendo obtener aceite esencial de buena calidad mediante la extracción
con arrastre de vapor. La pectina obtenida se puede clasificar de acuerdo a su color y su
aceptabilidad en la industria, el proceso integral permite obtener una pectina de color
marfil oscuro aceptable en la industria.
El diseño del proceso integral de extracción de aceite esencial y pectina mediante
el método de arrastre de vapor e hidrolisis acida respectivamente permite la oportunidad
de valorización de los residuos generados en cada proceso. Donde el residuo de la
industrialización de la naranja, específicamente la cáscara se vuelve en materia prima del
proceso para la extracción de aceite esencial y el residuo que deja este proceso se vuelve
la materia prima del proceso de obtención de pectina por hidrolisis acida, logrando así un
aprovechamiento integral del fruto.
El proceso integral este compuesto por 15 operaciones, siete para la extracción
del aceite esencial que son: Recepcionado, Lavado, Seleccionado, Picado, Destilado,
Condensado y Decantado y ocho para la extracción de pectina que son: Hidrolisis,
Filtrado, Concentrado, Precipitado, Filtrado, Secado, Molido, Tamizado. La unión de los
229
dos procesos significa una reducción en las operaciones y el requerimiento de
maquinaria, individualmente el proceso de extracción de aceite esencial tiene siete
operaciones y el proceso de la extracción de pectina tiene doce operaciones.
Los rendimientos del aceite esencial y pectina obtenidos mediante simulación y el
proceso experimental, trabajados a condiciones similares, son semejantes por lo que se
puede concluir que las técnicas de simulación se adaptan a la realidad del proceso,
proporcionando bases para un posterior diseño detallado del mismo y su optimización.
El objetivo del proyecto es de investigación como planta piloto y de pertenencia a
la Universidad por lo que no se consideran préstamos bancarios, ni pago de impuestos.
La inversión inicial del proyecto es de Bs. 183.758,34. Que comprende la compra de la
maquinaria, la instalación de esta y la refacción de los ambientes en la conexión hídrica
y energética.
Se tomo el ejemplo de la Compañía de Alimentos Delizia que procesa 800 kilos
de naranjas al día, generando 6.720 kilos de residuos de naranja al mes y 83.840 kilos al
año. Industrializando estos, se podría reducir 83.840 kilos de desechos al año. La
Compañía de Alimentos Delizia incurre en un gasto aproximado de Bs. 4200 para el recojo
de residuos orgánicos, que se podría ahorrar al dar valor agregado a estos residuos en
específico a los generados por la naranja, implementado el proceso integral para la
extracción de aceite esencial y pectina planteado en el proyecto.
230
RECOMENDACIONES
Se recomienda ampliar los contactos con proveedores de materia prima para así
poder tener alternativas de solución ante situaciones inesperadas en un futuro
Se recomienda ampliar el estudio de mercado no solo al ámbito alimenticio sino
también a otro tipo de industrias para poder diversificar la oferta de pectina
La pectina puede extraerse de diferentes frutas como ser el plátano, el mango, el
limón, la mandarina, etc., que son frutos característicos de nuestro país de los cuales se
puede hacer uso de sus residuos para la producción de este producto.
Para la implementación del proyecto se debe realizar mejoras en la infraestructura
existente, en las conexiones hídricas y eléctricas.
231
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237
ANEXOS
238
ANEXOS
Anexo I: Análisis Fisicoquímico
239
240
241
Anexo II: Análisis Microbiológico
242
Anexo III: Registro Sanitario
243
244
245
Anexo IV: Cotizaciones
•
Cotización – Ruiyuan: Extractor por Arrastre de Vapor
246
247
•
Cotización – Eternal Win: Extractor por Arrastre de Vapor
248
Diseño especial del destilador más vendido para el destilador de aceite esencial de flor rosa
lavanda esencial máquina para extraer aceite
1. La pieza de extracción de vapor es popular con la estructura de la cesta en el agua
2. La parte de operación ha aprobado PLC o sistema de control de pantalla táctil, esto se corresponde
con la demanda del cliente.
Más Introducción de Destilador de aceite esencial de flor de rosa más vendido Esencial de lavanda
máquina para extraer aceite
1. Refrigeración del agua del grifo
2. Transferencia de temperatura: PT-100
3. Parte de Control de temperatura: Taiwán LAHO
4, Material: SUS304 2B 0Cr18Ni9Ti
1. Equipo de extracción de aceite de planta instrucciones especiales:
249
1) la unidad de extracción de aceite está en forma de calefacción de vapor externa, a través de la
válvula de apagado controlado manualmente la temperatura del tanque de destilación o la
válvula proporcional de temperatura automática.
2) el interior de la unidad de extracción de aceite es el sistema especial de destilación de
macetas de acero inoxidable doble, destilación de material incorporado, el exterior es
aislamiento de espuma de poliuretano.
3) el condensador puede ser una torre de agua de circulación de refrigeración conectada
externa o simplemente condensación de agua del grifo.
2. Tabla de flujo del equipo
250
251
•
Cotización – Ecirtec: Extractor por Arrastre de Vapor
252
•
Cotización – Inoxecu: Extractor por Arrastre de Vapor
253
•
Cotización – Julabo: Recirculador de refrigeración
•
Cotización – Avantor: Recirculador de refrigeración
254
255
256
•
Cotización – Novalindus: Secador de Bandejas
257
•
Cotización – Imge: Equipos de laboratorio
258
259
260
261
CORREO ELECTRONICO: reynarios.rf@gmail.com
CELULAR: 77204914