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ACCIN 2.3: Extraccin fraccionada de compuestos mediante va hmeda
Participante:
JORNADA FINAL DE PRESENTACIN DE RESULTADOS DEL PROYECTO ENERGREEN.
NEIKER, ARKAUTE, 27 DE MARZO DE 2014
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Accin 2.3: Extraccin por va hmeda
Arkaute, 27/03/14
1. Objetivos generales
2. Descripcin de las tareas realizadas
3. Resultados y Conclusiones del apartado 2.3
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Accin 2.3: Extraccin por va hmeda
Arkaute, 27/03/14
1. Obtener lpidos a partir de microalgas mediante la tecnol oga defluidos subcrticos.
2. Desarrollar procesos de extraccin verdes basados en el e mpleo dela tecnologa de fluidos subcrticos
3. Comparar la tecnologa de extraccin de fluidos subcrti cos con laextraccin convencional.
1.- OBJETIVOS GENERALES
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Arkaute, 27/03/14
2.- Revisin de los trabajos realizados
Establecimiento de especificaciones iniciales, finales ycepas a estudiar parala extraccin de cidos grasos.
Seleccionadas dos cepasChlorella y Scenedesmuspara los ensayos.Obtencin de Biomasa para la puesta a punto del sistema.
Ensayos de Extraccin Subcrtica (SWE) realizados en plantaexperimental diseada por Tecnalia
Establecimiento y puesta a punto de las metodologas de anlisis.
Muestra algal Extraccin SWE
(T, tR)
Extraccin SWE
(T, tR)Separacin
S/L
Separacin S/L
Lpidos en fase lquida (mg)
Extraccin manual L/L
Extraccin manual L/L
Extraccin Soxtec S/L
Extraccin Soxtec S/L
Lpidos en fase slida (mg)
Lpidos totales
(%)
Muestra algal Extraccin SWE
(T, tR)
Extraccin SWE
(T, tR)Separacin
S/L
Separacin S/L
Lpidos en fase lquida (mg)
Extraccin manual L/L
Extraccin manual L/L
Extraccin Soxtec S/L
Extraccin Soxtec S/L
Lpidos en fase slida (mg)
Lpidos totales
(%)
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3.- Descripcin de las tareas realizadas en el periodo.
PRINCIPIO DE LA EXTRACCIN SWE
En esta tcnica se utiliza agua a temperaturas entre 100 y 374 C y presionesentre 10 y60 bares , para mantenerla en estado lquido. En estas condiciones, la constantedielctrica del agua disminuye considerablemente, comparndola con la misma atemperatura ambiente y se acerca a la constante dielctrica del etanol (solvente orgnicotradicional en extraccin). Este mtodo de extraccin ha sido muy utilizado enmicroalgas por Herrero et al quienes obtuvieron compuestos antioxidantes de lamicroalga Spirulina platensis.Herrero , M., Cifuentes A., Ibez, E. (2006). Sub- and supercritical fluidextraction of functional ingredients from different natural
sources: plants, food-by-products, algae and microalgae: A review. Food Chemistry, 98, 1, 136-148.
Herrero , M., Ibez, E., Seorns F.J, & Cifuentes A., (2003). Accelerated solvent extracts from Spirulina platensis microalgae:determination of their antioxidant activity and analysis by Micellar Elektrokinetic Chromatography. Journal of Chromatography,1047, 195-203.
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3.- Descripcin de las tareas realizadas en el periodo.
FACTORES NIVELES - UNIDADES
Temperatura 175 225 C
Tiempo 60 120 min
Parmetros fijos Niveles de trabajo
Especie de la microalga Chlorella
Presin en el reactor Autgena
Biomasa alimentada 2% en base seca
RESPUESTAS UNIDADES
Rendimiento de extraccin de
lpidos totales%
Rendimiento de extraccin de
FAMEs%
PLANTEAMIENTO EXPERIMENTAL Chorella
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PLANTEAMIENTO EXPERIMENTALMATRIZ DE EXPERIMENTOS Y RESULTADOS
3.- Descripcin de las tareas realizadas en el periodo.
Ref. ensayoVariables diseo
T (C) Tiempo (min)
N1 175 60
N2 225 120
N3 200 90
N4 225 60
N5 175 120
N6 200 90
N7 200 90
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PLANTEAMIENTO EXPERIMENTAL: DESCRIPCIN DEL PROCEDIMIENTO.
Para la realizacin de los ensayos del diseo de experimentos se ha optado por utilizar la configuracin por lotes, que permite un mayor control de las variables del proceso, como la temperatura, presin, cantidad de material procesado y velocidad de agitacin.Los ensayos en batch se realizan con 200ml de solucin algal al 2%, es decir, cuatro gramos de alga en base seca en 200ml de agua. Para su preparacin, se ha partido de la muestra original enviado por CENER el 18/01/2013.
3.- Descripcin de las tareas realizadas en el periodo.
Una vez que el reactor se encuentra cargado con la solucin dealgas y cerrado, seinyecta una corriente de gas argn para eliminar la presencia de oxgeno y as evitarla posible oxidacin de lpidos durante el ensayo de extraccin. A continuacin seajusta la velocidad del motor de agitacin a 1500rpm y se fijala temperatura a la quese va a realizar el ensayo, siempre en funcin a lo dictado porel diseo deexperimentos. Finalizado el ajuste de parmetros, es posible comenzar el ensayo.
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3.- Descripcin de las tareas realizadas en el periodo.
Transcurrido el tiempo fijado por el diseo de experimentos, se interrumpe el calentamientoy se procede a la refrigeracin externa del reactor con una corriente controlada de aire. Unavez el reactor se encuentra a temperatura ambiente, se despresuriza y se abre. La solucinpasa a un vaso de precipitados, donde se realiza una primera inspeccin visual.
PLANTEAMIENTO EXPERIMENTAL: DESCRIPCIN DEL PROCEDIMIENTO.
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3.- Descripcin de las tareas realizadas en el periodo.
Contenido en lpidos totales de la muestra inicial
Contenido en lpidos totales sobre materia seca segn Bligh&Dyer
Fecha realizacin % Lpidos totales
21/01/13 13,0
El residuo obtenido se redisuelve en cloroformo y se analiza por Cromatografa de Gases
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3.- Descripcin de las tareas realizadas en el periodo.
Para una buena identificacin de los cidos orgnicos saponificables (FAMES) se procede a realizar la esterificacin metlica del residuo, obtenindose el siguiente perfil cromatogrfico
Compuestos identificadosTiempos de
retencin, min
Metil tetradecanoato C14:0 10,1
Metil ster ac. Hexadecanoico C16:0 11,4
Metil ster ac. Hexadecenoico C16:1 11,7
Metil ster ac. Hexadecadienoico C16:2 12,1
Metil ster ac. Hexadecatrienoico C16:3 12,7
Metil ster ac octadecanoico C18:0 12,9
Metil ster ac. Octadecenoico C18:1 13,2
Metil ster ac. Octadecadienoico C18:2 13,7
Metil ster ac. Octadecatrienoico C18:3 14,3
Metil ster ac. Eicosatetraenoico C20:4 19,9
Metil ster ac. Eicosapentaenoico C20:5 16,5
Compuestos identificados por GC/MS
steres totales (%)
(referidos a alga seca)
BLIGH AND DYER 4,876
FAMES obtenidos del ensayo B&D
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Referencia%Lpidos
totales
Respuesta 1Esteres totales (%) (referidos
a biomasa seca)
Respuesta 2
Rendimiento extraccin
lpidos totales (%)
Rendimiento extraccin
FAMEs (%)
N1 1,0 7,69 0,028 0,57
N2 6,5 50,00 0,038 0,78
N3 2,8 21,54 0,026 0,53
N4 6,7 51,54 0,060 1,23
N5 1,1 8,46 0,022 0,45
N6 4,1 31,54 0,032 0,66
N7 4,4 33,85 0,084 1,72
3.- Descripcin de las tareas realizadas en el periodo.
RESULTADOS ENSAYOS SWE
NOTA: Contenido lpidos potenciales = 13%; contenido FAMEs potenciales = 4.88%
Referencia
Condiciones
de ensayo
SWE
%Lpidos
totales
Respuesta 1
Esteres totales
(%) (referidos a
biomasa seca)
Respuesta 2
Rendimiento
extraccin
lpidos totales
(%)
Rendimiento
extraccin FAMEs
(%)
N8225C
90min6,5 50,00 0,089 1,83
N9200C
60min2,5 19,23 0,055 1,13
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Respuesta 1
Rendimiento extraccin lpidos totales = -58.24 + 0.002 (Temperatura)2
Coeficiente de ajuste del 93.28%.
El mximo valor del rendimiento de extraccin se consigue trabajando en el nivel ms alto de
Temperatura dentro del intervalo estudiado, es decir a T= 225C y a cualquier tiempo de los estudiados
tiempo (min)
Temperatura (C)
Ren
dim
ient
o lip
idos
(%
)
Superficie de Respuesta Estimada
6090
120 175
200
2250
10
20
30
40
50
60
tiempo (min)
Tem
pera
tura
(C
)Contornos de la Superficie de Respuesta Estimada
60 90 120175
200
225 Rendimiento lipidos6,012,018,024,030,036,042,048,054,0
Superficies de respuesta estimada y curvas de nivel para el
rendimiento de extraccin en Chlorella por SWE
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3.- Descripcin de las tareas realizadas en el periodo.
PLANTEAMIENTO EXPERIMENTAL
Parmetros fijos Niveles de trabajo
Agitacin del reactor
Llenado del reactor
Cepa a tratar
S
40-60%
Scenedesmus
Estudio de la influencia de las diferentes variables de operacinmediante la elaboracin de un diseo de experimentos
Establecimiento de los factores experimentales, rangos de trabajo yparmetros fijos. Respuestas a modelizar en el estudio.
Temperatura (C)150-300
Tiempo (min)5-60
RESPUESTAS
Rendimiento extraccin compuestos extrables (con respecto
B&D)
FAMEs respecto a biomasa seca (%)
Scenedesmus
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PLANTEAMIENTO EXPERIMENTALMATRIZ DE EXPERIMENTOS
3.- Descripcin de las tareas realizadas en el periodo.
Ref. Ensayo Temperatura (C) Tiempo (min)
004412-SWE-Scen-01 300,0 60,0
004412-SWE-Scen-02 225,0 32,5
004412-SWE-Scen-03 225,0 32,5
004412-SWE-Scen-04 150,0 5,0
004412-SWE-Scen-05 150,0 60,0
004412-SWE-Scen-06 300,0 5,0
004412-SWE-Scen-07 225,0 32,5
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3.- Descripcin de las tareas realizadas en el periodo.
Contenido en lpidos totales de la muestra inicial
Cepa% Lpidos totales referidos a
biomasa seca
Scenedesmus (13/06/2013) 17,0
Contenido en lpidos totales sobre materia seca segn Bligh&Dyer
Valor de referencia del contenido mximo de lpidos en la cepa estudiada
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3.- Descripcin de las tareas realizadas en el periodo.
Transcurrido el tiempo fijado por el diseo de experimentos, se interrumpe el calentamientoy se procede a la refrigeracin externa del reactor con una corriente controlada de aire. Unavez el reactor se encuentra a temperatura ambiente, se despresuriza y se abre.
PLANTEAMIENTO EXPERIMENTAL: DESCRIPCIN DEL PROCEDIMIENTO.
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Cuantificacin de compuestos extrables tras la SWE
3.- Descripcin de las tareas realizadas en el periodo.
PLANTEAMIENTO EXPERIMENTAL: DESCRIPCIN DEL PROCEDIMIENTO.
CentrifugacinExtraccin L/L con triclorometano
Evaporacin del disolvente
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3.- Descripcin de las tareas realizadas en el periodo.
Caracterizacin de las muestras ensayadas previa esterificacinde las mismas y anlisis por Cromatografa de Gases conDetector Masas (GC/MS)Columna: BPX70 SGE (30 m x 0,250 mm x 0,25m)
Secuenciacin del programa:50(1)-15-180C(1)-7C/min-230(1)-30C/min-
250(10)
Compuestos identificados
Metil tetradecanoato C14:0
Metil ster ac. Hexadecanoico C16:0
Metil ster ac. Hexadecenoico C16:1
Metil ster ac. Hexadecadienoico C16:2
Metil ster ac. Hexadecatrienoico C16:3
Metil ster ac octadecanoico C18:0
Metil ster ac. Octadecenoico C18:1
Metil ster ac. Octadecadienoico C18:2
Metil ster ac. Octadecatrienoico C18:3
Metil ster ac. Docosanoico C22:0
Metil ster ac. Tetracosanoico C24:0
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3.- Descripcin de las tareas realizadas en el periodo.
300C, 60 min225C, 32,5 min
150C, 60 min
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3.- Descripcin de las tareas realizadas en el periodo.
RESULTADOS ENSAYOS SWE
Ref. EnsayoCondiciones de
Ensayo (T, tiempo)
Respuesta 1 Respuesta 2
Rendimiento extraccin compuestos extrables (**)
Total FAMEs (%) (*)
004412-SWE-Scen-01 300C, 60min 2,53 1,46
004412-SWE-Scen-02 225C, 32,5min 1,48 4,61
004412-SWE-Scen-03 225C, 32,5min 1,27 4,55
004412-SWE-Scen-04 150C, 5min 0,03 0,27
004412-SWE-Scen-05 150C, 60min 0,05 0,53
004412-SWE-Scen-06 300C, 5min 2,31 6,56
004412-SWE-Scen-07 225C, 32,5min 1,54 5,83
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Anlisis estadstico de los resultados en base al rendimiento de extraccin de compuestos extraibles
3.- Descripcin de las tareas realizadas en el periodo.
Rendimiento de extraccin de compuestos extrables = -0.62 + 0.000035 (Temperatura)2
Coeficiente de ajuste del 94.93%
El mximo valor de extraccin se consigue trabajando en el nivel ms alto de Temperatura
dentro del intervalo estudiado, es decir a T= 300C y a cualquier tiempo de los estudiados
Ref. EnsayoCondiciones de Ensayo (temperatura, tiempo)
Respuesta 1
Rendimiento extraccin comp. extraibles
004412-SWE-Scen-08 150C, 32,5min 0,02
004412-SWE-Scen-10 225C, 5min 0,25
Ensayos adicionales
Respuesta 1
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Contornos de la Superficie de Respuesta Estimada
150 180 210 240 270 300Temperatura
0
10
20
30
40
50
60
tiem
po
Rendimiento lipidos totales0,00,30,60,91,21,51,82,12,42,7
Superficies de respuesta estimada y curvas de nivel para el rendimiento de extraccin en Scenedesmus por SWE
Anlisis estadstico de los resultados en base al rendimiento de extraccin de compuestos extraibles
Superficie de Respuesta Estimada
150225
300Temperatura
5
32,5
60
tiempo
0
0,5
1
1,5
2
2,5
Ren
dim
ient
o lip
idos
tota
les
Re
nd
imie
nto
ex
tra
cci
n C
om
pu
est
os
ex
tra
ible
s
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Anlisis estadstico de los resultados en base al porcentaje de FAMEsRespuesta 2
FAMEs totales (%)= --5.76 + 0.0438
Temperatura
Coeficiente de ajuste del 87.98%
El mximo valor de extraccin se consigue
trabajando en el nivel ms alto de
Temperatura dentro del intervalo
estudiado, es decir a T= 300C
Superficie de Respuesta Estimada
150225
300Temperatura
5
32,5
60
tiempo
0
1
2
3
4
5
6
FA
ME
S to
tale
s
Contornos de la Superficie de Respuesta Estimada
150 180 210 240 270 300Temperatura
0
10
20
30
40
50
60tie
mpo
FAMES totales0,00,61,21,82,43,03,64,24,85,4
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4.- Aprovisionamiento al consorcio
Realizacin de los ensayos de SWE en condiciones ptimas
Ref. Ensayo Temperatura (C) Tiempo (min)
004412-SWE-Scen 300,0 5,0
Aprovisionamiento, de la cantidad suficiente, de la fraccin decompuestos extrables ( a UPV y CENER) y del residuo slido obtenido, alos diferentes socios participantes del proyecto ( a CATAR y APESA)
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Accin 2.3: Extraccin por va hmeda
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5.- Conclusiones del apartado 2.3
1.- El proceso de extraccin en Scenedesmus mediante SWE conlleva el arrastre decompuestos diversos (lpidos, pigmentos, restos de pared celular,). No parece serselectivo hacia la fraccin lipdica.
2.- En cuanto a la cantidad de compuestos esterificables extrados se han alcanzado cantidadesen torno a un 5-6% de FAMEs respecto a la biomasa seca tratada.
3.-La mxima cantidad extrada se corresponde a los ensayos realizados a mayor temperatura.
4.- La caracterizacin de todos los ensayos realizados permite la identificacin de un perfilcromatogrfico similar en todos ellos.
5.- En general el proceso SWE presenta unos rendimientos de extraccin demasiado bajoscomparados con los mtodos de extraccin por disolventes convencionales como para quepueda constituir un mtodo industrializable para la obtencin de lipidos para la fabricacin debiodiesel.
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ACCIN 2.3: Extraccin fraccionada de compuestos mediante va hmeda
Participante:
JORNADA FINAL DE PRESENTACIN DE RESULTADOS DEL PROYECTO ENERGREEN.
NEIKER, ARKAUTE, 27 DE MARZO DE 2014