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INTRODUCCIÓN
El proceso de extracción sólido - líquido se ve afectado por varios factores como la relación materia prima/solvente, concentración de solvente y tiempo de extracción 28.
Se han utilizado métodos de extracción convencionales para la obtención de compuestos o principios activos de las plantas, una de ellas es la maceración y tiene como desventajas el mayor consumo de tiempo, uso de cantidades grandes de solvente, mientras los métodos no convencionales resultan ser más rápidos y eficientes 3,29.
La extracción es una técnica fundamental para la preparación de extractos de plantas medicinales. Los compuestos de metabolitos secundarios presentes en el material vegetal son extraídos a partir de diversas técnicas, por aplicación de trasferencia de calor, agitación, entre otros, de acuerdo al método empleado 2,25.
El extractor Soxhlet aún tiene uso frecuente en los laboratorios e industrias, tiene ciertas ventajas sobre otros métodos convencionales, método discontinuo sencillo de ejecutar con el uso de disolventes 20.
El diseño experimental Box-Behnken (BBD), es una metodología de superficie de respuesta que se ha utilizado para optimizar parámetros de procesos. Es usada con éxito para evaluar las condiciones de extracción y sus interacciones 27,30.
El diente de león (Taraxacum officinale) es una planta perenne que pertenece a la familia Asteraceae. Esta planta se cultiva en las regiones templadas del mundo, en Europa, Asia y en todo el hemisferio norte, esta planta contiene una gran variedad de metabolitos secundarios como flavonoides, triterpenos, cumarinas y fitoesteroles 19,27,30.
Taraxacum officinale es una rica fuente de una variedad de vitaminas y minerales, incluyendo betacaroteno, carotenoides, xantofilas, clorofila, vitaminas C y D, muchas de las vitaminas del complejo B, Fe, Si, Mg, Na, Zn, Mn, Cu y P 3. Además de su uso medicinal, el diente de león es un alimento y bebida nutritiva 21.
A las hojas se le atribuyen propiedades hipoglucemiantes, disminuyen los niveles de glucemia, ayudando a prevenir, tratar o curar una enfermedad u otro tipo de trastorno de salud 6,17.
Las investigaciones realizadas han reportado la importancia del T. officinale y muestran que los extractos obtenidos de diferentes partes de la planta contienen efectividad antimicrobiana, potencial antiinflamatorio, citotóxico y el efecto en el comportamiento de enzimas hepáticas séricas en pollos de engorde 1,3,26. Además, varios estudios aplicados a la salud, indican el efecto de los extractos de la raíz y hojas tienen propiedades curativas para tratar diabetes tipo 2, cáncer, anorexia, entre otras dolencias 9,23. De igual manera indican que los extractos de hojas y raíces de T. officinale ayudan a controlar el nematodo agallador Meloidogyne incognita, planteando una posible formulación de productos nematicidas 7.
La importancia de la extracción consiste en el aprovechamiento del material vegetal que no ha sido explotado en su totalidad para la obtención de extractos naturales de plantas medicinales con mayor valor agregado para la industria alimentaria, cosmética y/o farmacéutica por sus características funcionales, antimicrobianas o antioxidantes 5,14.
El objetivo de la presente investigación fue optimizar las condiciones de operación para la obtención del extracto de hojas de diente de león (T. officinale) y conseguir el máximo rendimiento del proceso de extracción mediante método Soxhlet utilizando el diseño experimental de Box Behnken. Todo esto con la finalidad de que sea aprovechada la planta debido a sus propiedades medicinales.
MATERIALES Y MÉTODOS
Equipos y condiciones experimentales
Para la experimentación se usó etanol a varias concentraciones de 96, 76, 56 % (v/v), agua destilada y hojas secas de diente de león (T. officinale), también se utilizó un extractor soxhlet, molino triturador Oster, y filtrador al vacío. La extracción se efectuó en el laboratorio de la Facultad de Ingeniería Química de la Universidad Central del Ecuador (0°11'59. 0"S 78°30'35.4"W), ubicada en la ciudad de Quito, a condiciones de temperatura y humedad relativa de 20°C y 60% respectivamente.
Preparación del material vegetal
Las hojas de diente de león (T. officinale) fueron recolectadas en la Parroquia San Andrés del Cantón Píllaro (1°08'04.6"S 78°32'21.4"W), provincia de Tungurahua. La planta se identificó visualmente en el sitio basándose en sus características físicas.
Se tomaron aproximadamente 4 kg de materia prima, se realizó una etapa de lavado y desinfección para la eliminación de microrganismos, a continuación, se secó a temperatura ambiente y a la sombra durante 14 días. Las hojas secas se trituraron utilizando un molino triturador Oster hasta obtener un tamaño de partícula pequeño, luego fueron almacenadas en recipientes de plástico para mantener el producto en buenas condiciones antes de su procesamiento.
La metodología fue desarrollada mediante revisión bibliográfica y en base a método de prueba y error.
Método de extracción Soxhlet
El método consiste en la extracción de bioactivos que contienen las hojas de la planta mediante la adición de un solvente para obtener el producto deseado.
El proceso de extracción se realizó como se observa en la Figura 1 donde las hojas fueron secadas a temperatura ambiente durante 14 días, luego se pesaron 35 g de muestra y se colocaron en el equipo Soxhlet a diferentes condiciones experimentales como: tiempo (2, 4 y 6 h), concentración de solvente 56, 76 y 96 %(v/v) y relación de materia prima/solvente (35:300, 35:350, 35:400 g/ml). Después se realizó la filtración al vacío para eliminar los residuos del material vegetal de los 17 ensayos realizados y fueron recogidos en frascos de vidrio de color ámbar para evitar la degradación por luz.
Diseño experimental
Este diseño se aplica cuando se tienen tres o más factores, y suelen ser eficientes en cuanto al número de corridas. Es un diseño rotable o casi rotable que se distingue porque no incluye como tratamientos a los vértices de la región experimental 22.
En la experimentación se pretende hallar el efecto de los factores en el proceso de extracción sólido- líquido.
En la Tabla 1 se muestra los factores de estudio: A (tiempo de extracción), B (concentración de etanol) y C (relación materia prima/solvente).
En la Tabla 2 se muestra el diseño experimental de Box-Behnken cuyo modelo estadístico consta de tres factores A, B, C cada uno con sus condiciones de operación, también cuenta con tres niveles (alto, medio, bajo) y con 5 repeticiones de puntos centrales dando un total 17 corridas experimentales y así determinar los parámetros más significativos en el proceso de extracción de hojas del diente de león (T. officinale) por método Soxhlet. Las variables independientes se evalúan en función de los rendimientos de extracción.
Tabla 2 Diseño experimental Box-Behnken (BBD) y valores de respuesta para optimización de las condiciones de extracción.
El objetivo final de la metodología de análisis de superficie de respuesta (ADS) consiste en determinar las condiciones óptimas de operación para un sistema o una región del espacio de factores en la que se satisfacen las especificaciones operativas 10.
El diseño experimental planteado busca optimizar las condiciones del proceso de extracción, de esta manera obtener el rendimiento máximo, esto se define utilizando una regresión lineal de los datos experimentales.
La variable de respuesta Y (%), se expresa como una función lineal de los factores experimentales, interacciones entre los factores, términos cuadráticos y término del error, por lo tanto, el modelo estadístico fue ajustado de la siguiente manera como se indica en la Ecuación 1 16,24.
()1
Donde:
Y: variable de respuesta (% Rendimiento).
β0: término de intersección o constante.
βi, es el término dependiente o el efecto lineal del factor de entrada xi.
βii: efecto cuadrático del factor de entrada xi.
βij: efecto de interacción lineal- lineal entre el factor de entrada xi y xj (13,15).
El diseño experimental y el análisis estadístico se lo llevó a cabo utilizando el software de Statgraphics Centurion XVI ®.
RESULTADOS
Se analizaron los resultados usando el software de Statgraphics Centurion XVI ®, para el análisis de varianza con la necesidad de encontrar los efectos de los parámetros principales y hallar las condiciones óptimas para el rendimiento por extracción Soxhlet.
Ajuste del modelo.
En la Tabla 3 se puede apreciar los resultados del ADEVA y se determinó el modelo ajustado de una ecuación polinómica de segundo orden utilizando los coeficientes de determinación el modelo tiene un R2=74.46 de la variación total del rendimiento de la extracción.
También se analizaron a un nivel de significancia del 0.05 el factor A (tiempo de extracción) con un valor-p inferior a 0.05, se concluye que es estadísticamente significativo manifestando que existe una relación entre el tiempo de extracción y el rendimiento.
Por otra parte, los factores B (concentración de etanol) y C (relación soluto/solvente) con un valor p mayor 0.05 no son significativos a un nivel de significancia del 5% por lo tanto no influye en el rendimiento del extracto de diente de león.
La interacción de los parámetros CC (relación soluto/ solvente) fue significativa con un valor p menor a 0.05, sin embargo, el resto de interacciones entre los parámetros no son significativos entre el tiempo de extracción y la concentración de etanol debido a que tienen un valor p mayor a 0.05.
La Ecuación 2 del modelo ajustado se representa en términos de los factores de la regresión lineal.
()2
Análisis de superficie de respuesta
De igual manera se trazaron gráficos de superficie para ilustrar la interacción de las variables independientes con la variable dependiente permitiendo determinar los parámetros óptimos en el proceso de extracción.
La Figura 2 indica la gráfica de superficie de respuesta, donde se puede apreciar que la concentración de etanol y el tiempo de extracción tienen efecto sobre el rendimiento dando un valor aproximado del 90%.
En la Figura 3 se muestra el diagrama de Pareto donde se observan las variables de A (tiempo) y el efecto CC (relación soluto/solvente) inciden en el rendimiento del proceso de extracción.
Optimización del proceso de extracción
La Tabla 4 muestra el diseño estadístico aplicado puede alcanzar un rendimiento máximo de 87.9% para la extracción de hojas de diente de león (T. officinale) con las siguientes condiciones: concentración de etanol de 96%, tiempo de 2h, una relación materia prima/ solvente de 35:350 (g/ml).
Propiedades físicas del extracto de hojas de diente de león (T. officinale).
En la Tabla 5 muestran los resultados de las propiedades físicas del extracto como: la concentración de sólidos solubles mediante el uso del refractómetro.
Se determinó la densidad relativa de acuerdo a la norma INEN 391 12.
DISCUSIÓN
Mediante la información bibliográfica encontrada, el diente de león (T. officinale) ha sido comúnmente usada como medicina tradicional, actualmente los extractos vegetales son importantes debido a sus propiedades medicinales, por ello es necesario incentivar a la sociedad el aprovechamiento de este recurso natural y que puedan ser aplicados a nivel industrial.
La metodología y el diseño experimental propuesto permite determinar la eficiencia del método de extracción seleccionado, donde se analizaron los factores que influyen en el proceso de extracción de las hojas secas de (T. officinale), dando como resultado que el tiempo de extracción tenga un mayor efecto en el rendimiento 19.
Las corridas experimentales realizadas como se muestran en la Tabla 2, se puede apreciar que el máximo rendimiento de extracto obtenido fue de 86.23 %, con las siguientes condiciones de operación: tiempo de 2 horas, concentración de etanol de 96% y una relación de 30 g de materia prima en 350 ml de solvente. Estas condiciones favorecen a la extracción de los compontes fotoquímicos de las hojas secas, siendo eficaz tanto en el ahorro de energía, afinidad de solvente y la cantidad de volumen a utilizar.
En la Tabla 3 de análisis de varianza se aprecia que tenemos menos factores que influyen en el proceso de extracción por método Soxhlet, el cual se considera adecuado y puede ser escalable mejorando su tecnología para lograr un producto de mejor calidad.
El resultado de rendimiento obtenido del extracto de las hojas de diente de león (T. Officinale) se comparó con investigaciones realizadas por varios autores, donde mencionan que método de extracción Soxhlet arroja mayores rendimientos de extracción en cuanto a otros métodos convencionales como es el de maceración. Según Gómez 8, el rendimiento máximo fue de 81% para extracción de hojas de Tetragastris panamensis (Engl.) kuntze, Calvo 4 ha obtenido un rendimiento máximo de 22% para extracción de cáñamo a condiciones de operación de 4 horas y relación etanol/cáñamo de 20 ml/g.
Los resultados obtenidos se hacen comparación en referencia al método de extracción Soxhlet aplicado para diferente material vegetal como ya se mencionó anteriormente, mediante hallazgos realizados para tener una noción de la eficacia del método, debido a que no existe información exacta del estudio de planta por este método de extracción.
CONCLUSIONES
Se concluye que el método de extracción Soxhlet logró alcanzar rendimientos altos de extracción de hojas de diente de león como se indica en la Tabla 2, siendo el mejor valor de 86.23% y puede considerase un buen método.
Se estima que el diseño experimental de Box- Behnken combinado con el método de superficie de respuesta permite optimizar el proceso de extracción, encontrando así las condiciones óptimas de operación como se observa en la Tabla 4.
Con el modelo ajustado de segundo grado obtenido por el diseño de experimentos de Box- Behnken se logró alcanzar una buena correlación permitiendo identificar el efecto de los factores y de sus interacciones con un número reducido de experimentos.
