1 Universidad Nacional de Trujillo Extracción de Aceite Esencial de Romero Grupo 6 Adil A. Acuña Campos José R. Rivera Buenaño Junior J. Plasencia Altamirano Leonardo A. Ramírez Salvatierra Marli N. Cristóbal Escobal Mauricio E. Ibáñez Lujan Piero A. Liberato Correa Facultad de Ingeniería, Escuela de Ingeniería Industrial Dr. Feliciano S. Bernui Paredes (Tutor) Trujillo, junio de 2024 2 Índice 1. Resumen.................................................................................................................... 4 2. Antecedentes y Justificación del Problema............................................................... 5 3. Marco Teórico ........................................................................................................... 6 3.1. Destilación por Arrastre de Vapor ..................................................................... 6 3.1.1. Ley de Dalton ................................................................................................. 8 3.2. Aceites Esenciales ............................................................................................. 8 3.2.1. Composición Química de los Aceites Esenciales .......................................... 9 3.3. Aceite Esencial de Romero.............................................................................. 10 3.3.1. Usos del Aceite Esencial de Romero ........................................................... 10 3.4. El Romero (Salvia Rosmarinus) ...................................................................... 10 4. Enunciado del Problema ......................................................................................... 12 5. Hipótesis ................................................................................................................. 12 6. Objetivos ................................................................................................................. 13 6.1. Objetivo General.............................................................................................. 13 6.2. Objetivos Específicos ...................................................................................... 13 6.3. Variables: independiente y Dependiente ......................................................... 13 7. Material y Procedimientos ...................................................................................... 13 7.1. Material ............................................................................................................ 13 7.2. Procedimiento .................................................................................................. 14 3 7.3. Técnica de Recojo de Datos ............................................................................ 15 7.4. Tratamiento de Datos....................................................................................... 15 8. Resultados y Discusiones ........................................................................................ 15 8.1. Resultados ........................................................................................................ 15 8.2. Discusión ......................................................................................................... 16 9. Conclusiones ........................................................................................................... 16 10. Recomendaciones ................................................................................................... 17 11. Referencias Bibliográficas ...................................................................................... 17 4 1. Resumen Este proyecto de investigación se enfoca en la extracción de aceite esencial de romero (Salvia Rosmarinus) utilizando la técnica de destilación por arrastre de vapor. La investigación tiene como objetivo principal evaluar el rendimiento y la calidad del aceite obtenido, con el fin de establecer parámetros que puedan ser utilizados en estudios industriales en Perú, contribuyendo al desarrollo de productos de mayor valor agregado a partir de la rica flora local. El proceso de destilación por arrastre de vapor permite la separación de sustancias orgánicas inmiscibles en agua, siendo ampliamente utilizado en la industria debido a su alto rendimiento y la pureza del aceite obtenido. Este método es especialmente relevante para el romero, una planta con propiedades aromatizantes ampliamente utilizada en las industrias alimentaria, cosmética y farmacéutica. Los resultados del proyecto mostraron un rendimiento de extracción del 0.565%, lo cual, cumple con lo esperado, indica un aceite de buena calidad con una densidad de 0.856 g/ml y un pH de 4.5. Estos hallazgos subrayan la viabilidad comercial del aceite esencial de romero en Perú, aunque también resaltan la necesidad de optimizar el proceso para aumentar la eficiencia y el rendimiento a escala industrial. Las conclusiones del estudio recomiendan la optimización de las condiciones de destilación y la exploración de técnicas alternativas de extracción. También se sugiere fomentar el cultivo extensivo de romero y desarrollar nuevas aplicaciones del aceite en diversas industrias para maximizar su valor comercial. 5 2. Antecedentes y Justificación del Problema La relación entre el ser humano y su entorno ambiental ha sido fundamental a lo largo de la historia. Los vegetales, en particular, han desempeñado un papel crucial al proporcionar alimentos, vestimenta, materiales de construcción, y medicinas. Las plantas medicinales, al ser recolectadas o separadas de su entorno natural, poseen una composición y propiedades específicas que los convierten en formas brutas de medicamentos o en precursores de moléculas bioactivas obtenidas por métodos semisintéticos. La extracción de aceite esencial por arrastre de vapor es la técnica más utilizada en la industria de los aceites esenciales. Esta técnica también se puede aplicar de manera artesanal. Diferentes estudios han abordado la extracción de aceite esencial de romero, destacando su importancia y beneficios. Entre estas investigaciones se encuentran: Rivera Gira, D. I. (2019). Extracción experimental de aceite esencial de romero (Rosmarinus officinalis), Cultivado en el departamento de Tarija: Modalidad de graduación (Investigación Aplicada). Vélez Mendoza, B., Pita Meza, M., Moreira Mendoza, K., Pin-Mera, D., Oyervide Vargas, A., & Riera, M. (2019). Obtención de aceite esencial de romero con fines cosméticos. Prisma Tecnológico. Modelamiento y simulación del proceso de extracción de aceites esenciales mediante la destilación por arrastre con vapor. (2012). Revista Peruana De Química E Ingeniería Química. En un país con una gran diversidad de pisos ecológicos y climas variados, como el nuestro, la flora diversa ofrece un amplio potencial para la industrialización y la generación de 6 productos de mayor valor agregado. El romero es una planta medicinal con propiedades aromatizantes, utilizada en la industria alimentaria, perfumería y cosmética. Actualmente, este recurso natural no se cultiva de manera extensiva; se encuentra en laderas y es recolectado por personas que lo venden en pequeñas cantidades para su uso en la medicina natural. El romero ha demostrado tener un rendimiento aceptable en la extracción de su aceite esencial, lo que lo convierte en una planta con alto potencial de rentabilidad. El proyecto de investigación sobre la extracción de aceite esencial de romero tiene como objetivo evaluar el rendimiento y la calidad del aceite obtenido mediante el método de arrastre con vapor de agua. Este estudio es de especial interés ya que puede establecer parámetros que faciliten el seguimiento y desarrollo de investigaciones industriales en el Perú, contribuyendo así a la divulgación y promoción de futuras investigaciones sobre la obtención de aceites esenciales. 3. Marco Teórico 3.1.Destilación por Arrastre de Vapor La destilación por arrastre de vapor permite la separación de sustancias orgánicas inmiscibles en agua y ligeramente volátiles de otros productos no volátiles. Este método se utiliza Figura 1 Destilación por arrastre de vapor 7 a nivel industrial debido a su alto rendimiento por la pureza del aceite obtenido y porque no requiere de una tecnología sofisticada. (Modelación y optimización del proceso de extracción de aceite esencial de eucalipto, Jean Carlos Moreno, Gabriel López, Raúl Siche, Facultad de CC. Agropecuarias, Universidad Nacional de Trujillo). El proceso se inicia dando vapor generado en un primer sistema de agua hirviendo, se inyecta a un segundo sistema donde se encuentra la muestra vegetal que percibe el vapor, denominándose como "vapor de arrastre", pero en realidad su función no es la de "arrastrar" el componente volátil, sino condensarse en el matraz formando otra fase inmiscible que cederá su calor latente a la mezcla a destilar para lograr su evaporación. En este caso se tendrán la presencia de dos fases insolubles a lo largo de la destilación (orgánica y acuosa), por lo tanto, cada líquido se comportará como si el otro no estuviera presente. Es decir, cada uno de ellos ejercerá su propia presión de vapor y corresponderá a la de un líquido puro a una temperatura de referencia que consiste en hacer pasar un flujo de vapor a través de la epidermis de la hoja, donde estimulará los tricomas glandulares para liberar el aceite contenido entre la cutícula y la pared celular de la hoja, de modo que arrastrará consigo los aceites esenciales. Posteriormente, estos vapores se enfrían y Figura 2 Equipo de destilación por arrastre de vapor 8 se condensan, dando lugar al destilado formado por dos fases inmiscibles, la acuosa y la orgánica, siendo la última el aceite esencial, y finalmente se separan en un decantador o vaso florentino. 3.1.1. Ley de Dalton Los vapores saturados de los líquidos inmiscibles siguen la Ley de Dalton sobre las presiones parciales, se da cuando dos o más gases o vapores, que no reaccionan entre sí, se mezclan a temperatura constante, cada gas ejerce la misma presión que si estuviera solo y la suma de las presiones de cada uno, es igual a la presión total del sistema. Su expresión matemática es la siguiente: PT = P1 + P2 + …. Pn Donde: PT = Presión total de la mezcla de gases P1, P2, ..., Pn = Presiones parciales de los gases que conforman la mezcla 3.2.Aceites Esenciales Los aceites esenciales son mezclas complejas de hidrocarburos, terpenos, alcoholes, compuestos carbonílicos, aldehídos aromáticos y fenoles y se encuentran en hojas, cáscaras o semillas de algunas plantas. Son intensamente aromáticos, no grasos por lo que no se enrancian, volátiles porque se evaporan rápidamente y livianos por ser poco densos. Son insolubles en agua, levemente solubles en vinagre, y solubles en alcohol, grasas, ceras y aceites vegetales. Se oxidan por exposición al aire. 9 En el vegetal, los aceites esenciales están almacenados en glándulas, conductos, sacos, o simplemente reservorios dentro del vegetal, por lo que es conveniente desmenuzar el material para exponer esos reservorios a la acción del vapor de agua. Figura 3 Aceite esencial de romero 3.2.1. Composición Química de los Aceites Esenciales Están formados principalmente por No terpenoides y terpenoides volátiles formados por unidades de isopreno unidas en estructuras de 10 carbonos (monoterpenoides) y 15 carbonos (sesquiterpenoides). Figura 4 Compuesto terpenoide 10 No Terpenoides. En este grupo tenemos sustancias alifáticas de cadena corta, sustancias aromáticas, sustancias con azufre y sustancias nitrogenadas. No son tan importantes como los terpenoides en cuanto a sus usos y aplicaciones. Terpenoides. Derivan, de unidades de isopreno (C5) unidas en cadena. Los terpenos son una clase de sustancia química que se halla en los aceites esenciales, resinas y otras sustancias aromáticas de muchas plantas, como los pinos y muchos cítricos. 3.3.Aceite Esencial de Romero El aceite de romero se obtiene mediante la destilación de las hojas y flores de la planta. Posteriormente se coloca en un equipo de destilación por arrastre de vapor, de modo que solo se extraiga la esencia y se elimine entre el 70% y 85% del agua colocada en el embudo de separación, de modo que los dos líquidos inmiscibles (el agua y el aceite) se separan para solo obtener el material vegetal, cuyos componentes químicos principales son 1,8-Cineole, a-pineno y alcanfor. 3.3.1. Usos del Aceite Esencial de Romero Aromaterapia Aceites para masaje Formulaciones para la industria cosmética Formulación de productos antisépticos y cicatrizantes Aromatizantes 3.4.El Romero (Salvia Rosmarinus) Una de las plantas de mayor importancia económica dentro de la familia Lamiaceae es el romero, también conocido por su nombre científico Salvia rosmarinus. Es una planta que en la 11 medicina tradicional se ha usado en el tratamiento del asma bronquial, la epilepsia, el dolor de cabeza, cólicos biliares y renales, entre otros. Tabla 1 Metabolitos secundarios del romero Metabolitos Ácido carnósico. Actividad biológica Usos/aplicaciones Antioxidante, Control de la oxidación en antimicrobiana, hepatoprotectora, los alimentos y como tónico en el hipolipemiante, vasorrelajante y alivio de la circulación. antiinflamatoria Carnosol. Antimicrobiana, Tónico en la mejora de la hipoglucémica, hipolipemiante, circulación y como aditivo en el anticáncer, antiproliferativa, tratamiento de la caspa. antifúngica, antinflamatoria y antidiabética. Ácido rosmárico. Antioxidante, Control de la oxidación en antimicrobiana, hepatoprotectora, los alimentos y conservador de hipolipemiante, anticáncer, alimentos preparados. neuroprotectora, antiproliferativa y antiviral. α-pineno. Antimicrobiana, Control de plagas en la antiinflamatoria, antioxidante, agricultura y como conservador antibacteriana, antiparasitaria, de alimentos preparados. 12 insecticida, hipoglucémica e hipolipemiante. Acetato de bornilo. Antimicrobiana, Promotor del crecimiento insecticida, hepatoprotectora, e inmunoestimulante en peces, así hipoglucémica, hipolipemiante y como en el control y tratamiento antifúngico. de la caspa. Alcanfor Antinflamatoria, Control de plagas en la antioxidante, antimutagénica, agricultura y como conservador hepatoprotectora, hipolipemiante, de alimentos preparados. antiproliferativa y inmunomoduladora. 4. Enunciado del Problema ¿De qué manera se puede extraer aceite esencial de romero y cuáles son las causas y efectos asociados al método de extracción, considerando su eficiencia, calidad del producto y sostenibilidad ambiental? 5. Hipótesis El proceso de separación que aplicaremos para realizar la extracción del aceite esencial del romero será la destilación por arrastre de vapor, ya que es la forma más efectiva de separación de sustancias, debido a su fácil manejo de las condiciones de destilación. Esto nos permite conseguir un producto con un alto nivel de pureza sin dañar la estructura química de la materia prima. 13 6. Objetivos 6.1.Objetivo General Se busca demostrar la eficacia de la Extracción de Aceite Esencial de Romero mediante el proceso de Destilación por Arrastre de Vapor. 6.2.Objetivos Específicos Investigar los usos y posibles aplicaciones del aceite esencial de romero en industrias de alimentos, cosméticos, etc. Identificar y ajustar las variables para un óptimo desarrollo del proceso de obtención del aceite esencial de romero. Contribuir a la divulgación o la elaboración de futuras investigaciones sobre la obtención de aceites esenciales. Calcular y deducir las propiedades del aceite esencial de romero. 6.3.Variables: independiente y Dependiente Hojas de romero (independiente) y calidad de aceite esencial (dependiente) 7. Material y Procedimientos 7.1.Material Hojas de romero: 5 kg Equipo de destilación por arrastre de vapor Recipientes de recolección Agua destilada 14 Medidor de pH Balanza de precisión Probeta graduada Termómetro 7.2.Procedimiento Preparación del material vegetal: Las hojas de romero frescas (5 kg) se seleccionaron y limpiaron para eliminar cualquier impureza. Montaje del equipo de destilación: Se montó el equipo de destilación por arrastre de vapor, asegurándose de que todas las conexiones estuvieran firmes y seguras. Carga del equipo: Se colocaron las hojas de romero en el matraz de destilación y se añadió agua destilada al matraz hasta cubrir las hojas. Proceso de destilación: Se calentó el matraz hasta que el agua comenzó a hervir, produciendo vapor que arrastró los compuestos volátiles de las hojas de romero hacia el condensador. Recolección del aceite esencial: El vapor se condensó y el aceite esencial se separó del agua en un embudo de decantación. Se recolectaron 33 ml de aceite esencial de romero. Medición de propiedades: Se midió la masa del aceite obtenido (28.25 g), su densidad (0.856 g/ml) y su pH (4.5). 15 Cálculo del rendimiento: El rendimiento se calculó dividiendo la masa del aceite obtenido por la masa total de las hojas utilizadas, obteniendo un rendimiento del 0.565%. 7.3.Técnica de Recojo de Datos Los datos se recolectaron mediante observaciones directas y mediciones con instrumentos calibrados. Las variables principales consideradas fueron la cantidad de aceite esencial obtenido, su masa, densidad y pH. Se registraron todas las mediciones de manera sistemática en un cuaderno de laboratorio. 7.4.Tratamiento de Datos Los datos recolectados fueron analizados mediante métodos estadísticos básicos. Se calcularon promedios, desviaciones estándar y porcentajes para determinar el rendimiento y la calidad del aceite esencial extraído. Los resultados se compararon con datos reportados en la literatura para evaluar la eficiencia del proceso utilizado. 8. Resultados y Discusiones 8.1.Resultados Volumen de aceite esencial extraído: 33 ml Masa del aceite esencial: 28.25 g Densidad del aceite esencial: 0.856 g/ml pH del aceite esencial: 4.5 Rendimiento de extracción: 0.565% 16 8.2.Discusión Los resultados obtenidos en este estudio muestran un rendimiento de extracción de aceite esencial de romero del 0.565%, lo cual está alineado con los datos reportados en la literatura. La densidad del aceite obtenido (0.856 g/ml) es consistente con la literatura, lo que sugiere una pureza adecuada del producto. El pH de 4.5, característico de los aceites esenciales, indica una acidez moderada. Estos resultados son prometedores para la viabilidad comercial de la producción de aceite esencial de romero en el contexto industrial peruano, donde la flora diversa puede ser aprovechada para generar productos de mayor valor agregado. 9. Conclusiones La técnica de destilación por arrastre de vapor se puede utilizar para la extracción de aceite esencial de romero, sin embargo, el rendimiento del 0.565% indica que hay margen para mejorar. Las propiedades físicas y químicas del aceite esencial obtenido, con una densidad de 0.856 g/ml y un pH de 4.5, sugieren que el producto es de buena calidad, aunque podrían explorarse métodos para mejorar aún más la pureza y consistencia del aceite esencial. Este estudio proporciona una base inicial para la extracción de aceite esencial de romero en el contexto peruano, pero se requieren investigaciones adicionales para optimizar el proceso y aumentar el rendimiento. El análisis del rendimiento y la calidad del aceite esencial destaca la necesidad de explorar y desarrollar mejores técnicas de extracción que puedan ser más eficientes y rentables a escala industrial. 17 10. Recomendaciones Optimización del proceso: Se recomienda realizar estudios adicionales para optimizar las condiciones de destilación, como la temperatura, presión y tiempo de extracción, con el objetivo de aumentar el rendimiento y la eficiencia del proceso. Investigación comparativa: Comparar el método de destilación por arrastre de vapor con otras técnicas de extracción, como la extracción con solventes o el uso de CO2 supercrítico, para determinar la más eficiente y adecuada para la obtención de aceite esencial de romero. Desarrollo de cultivos: Fomentar el cultivo extensivo de romero para asegurar un suministro constante de materia prima de alta calidad, lo cual es esencial para la producción a escala industrial. Exploración de aplicaciones: Investigar y desarrollar nuevas aplicaciones del aceite esencial de romero en diversas industrias, como la cosmética, farmacéutica y alimentaria, para aprovechar al máximo sus propiedades y aumentar su valor comercial. Capacitación y sostenibilidad: Capacitar a los agricultores locales en técnicas de cultivo y recolección sostenibles, y promover prácticas agrícolas responsables que aseguren la conservación del medio ambiente y la biodiversidad. 11. Referencias Bibliográficas Tarija (2019). "Extracción experimental de aceite esencial de romero". 18 Universidad Nacional del Centro del Perú (2011). "Extracción y caracterización del aceite esencial del romero (Rosmarinus Officinalis) por el método de arrastre de vapor". Prisma Tecnológico (2019). "Obtención de aceite esencial de romero con fines cosméticos". Revista Peruana de Química e Ingeniería Química (2012). "Modelamiento y simulación del proceso de extracción de aceites esenciales mediante la destilación por arrastre con vapor".