Utilización de Residuos de Cáscara de Limón para la Obtención de un Desengrasante de Tipo Doméstico

Introducción

En el Ecuador se genera gran producción de frutos cítricos tales como la naranja, limón o mandarina. En Portoviejo, Manabí se encuentra el sitio con mayor producción de Limón “sutil” del Ecuador, especificamente en la zona El Valle del Río con 1200 hectáreas.

Del limón o específicamente de su cáscara se obtiene su aceite esencial, el cual contiene 0,4 % de aceite, se encuentra en sacos de forma ovalada en el pericarpio o en la porción coloreada de la cáscara, y actúa como barrera tóxica natural contra varios microorganismos e insectos. (Carutti & Neumayer, 2004) También tiene una densidad relativa a 20/20ºC que va de 0,850 a 0,859. El cual es soluble en alcohol o éter y poco en agua. En este aceite uno de los constituyentes químicos principales es el limoneno, que representa aproximadamente un 60% del total (ALVARADO, 2016). En el mundo el aceite esencial del limón ocupa el segundo lugar siendo superado solo por el obtenido de la naranja (ALVARADO, 2016).

Uno de los mayores contribuyentes de aceites esenciales cítricos es el d-limoneno, el cual es un terpeno monocíclico y debido a su fragancia es muy usado como aditivo para perfumes, jabones, gomas de mascar, entre otros (RAMOS, 2015). “El limoneno es una materia prima muy versátil la cual tiene uso en la industria alimentaria, ya que sirve como aromatizante, y para la elaboración de desengrasantes domésticos o industriales, y al ser un compuesto biodegradable se vuelve muy deseado para esta industria” (CHÁVEZ, 2017). El limón es generalmente de color verde en su desarrollo y a medida que va madurando se torna de color amarillo verdoso a solo amarillo, la fruta posee de 10 a 12 segmentos con pulpa de color verde opaco, ácido y muy amorático; cuando la fruta alcanza la maduración posee una cáscara muy fina y poco aromática, de color amarilla o verde amarillento por lo que no rinde como fruta fresca (GARCÍA, 2014). Esto hace que la obtención del aceite esencial sea de menor rendimiento, debido a que al ser blandos, la rúptura de los sacos que contienen el aceite se vuelve ineficiente (ALVARADO, 2016).

Marco teórico

Los aceites esenciales están contenidos en glándulas o vesículas secretoras inmersas en los tejidos de las hojas, flores, corteza (pericarpio) y semillas de los frutos de muchas especies. (León, Osorio, & Ruby, 2015)

A los residuos de cáscara de limón y de otros cítricos se les pueden dar un uso considerable en la industria, específicamente para la extracción de limoneno que es un compuesto característico que se encuentra en mayor proporción en el aceite extraído de las cortezas de cítricos.

El limoneno pertenece a los alquenos al poseer un grupo funcional C=C y de sufijo –eno; su fórmula molecular es C10H16. De acuerdo con la IUPAC, se nombra como 1-Metil-4-(1-metiletenil)-ciclohexeno. Entre las propiedades físicas de este alqueno está su punto de fusión que es de -74.35 ºC y un punto de ebullición de 176 ºC por lo que es un liquido a temperatura ambiente, ligero e insoluble en agua y considerado como un liquido combustible. (Prasad, Pratika, & Omkumar, 2017)

A continación, el siguiente recuadro presenta la ficha técina del d-limoneno de terpenos del limón, en cuanto a sus propiedades físico-químicas y pictogramas de seguridad:

• Nombre: D-LIMONENO
• Fórmula: C10H16
• Peso molecular: 136,23
• Estado físico: Líquido
• Color: De incoloro a amarillo pálido 
• Olor: A limón, cítrico

 

Propiedades Fisico-Químicas

• Densidad 20ºC: 0,840 – 0,855
• Indice de Refracción 20º 1,4700 – 1,4800
• Solubilidad: Insoluble en agua
• Riqueza (% GC)  LIMONENO > 60
• Punto de inflamación(ºC)  43 °C

El limoneno que se obtiene del aceite extraído se aproxima al 60% ya mencionado, es obtenido por el proceso de desterpenado, y es un compuesto orgánico de la clasificación de los monoterpenos, posee dos isoprenos (CHÁVEZ, 2017). Los monoterpenos son compuestos que se pueden encontrar en cualquier fruta cítrica, específicamente en las cáscaras de esta; dentro de este grupo está el limoneno, una sustancia incolora que otorga el olor característico de los limones y también de las naranjas. Esta sustancia posee dos isómeros ópticos que son: S-(-)-limoneno y R-(+)-limoneno, este último llamado también limoneno dextrógiro o d-limoneno que es la sustancia que se extrae de la cáscara del limón.

Se han desarrollado algunas técnicas de desterpenado, debido a que la fracción térpenica del aceite que produce inestabilidad y lo deja vulnerable a factores como la oxidación y la luz, que lo degrada y limita sus aplicaciones. (CHÁVEZ, 2017) La extracción de los aceites esenciales se puede realizar por métodos convencionales como la destilación con arrastre de vapor, destilación a presión reducida, prensado en frio, extracción de CO2, hidrodestilación (HD), hidrodestilación asistida por radiación con microondas (MWHD) y espacio de cabeza “Headspace” (HS). (León, Osorio, & Ruby, 2015)

La destilación a presión reducida, consiste en aprovechar la diferencia de puntos de ebullición de cada componente de la sustancia, considerando que los aceites esenciales son termolabiles, por lo que reducir la presión hace que el punto de ebullición de baje y el aceite se desterpenado sin degradarse; así mismo la destilación por arrastre de vapor a presión reducida que consiste en pasar una corriente de vapor de agua a la mezcla calentándola y reducir la tensión del vapor del compuesto o compuestos volátiles, separando dos capas inmisibles, que son separadas por decantación o a su vez calentar la carga con una fuente externa que evite que se condense el vapor y se determina una temperatura conveniente para la destilación (CHÁVEZ, 2017).

Metodología

Para la obtención del aceite esencial de las cáscaras de limón se realizaron por etapas en el que primero, se procedió a la selección del estado de la fruta cítrica en el que haya mayor abundancia de d-limoneno; el cual según investigaciones, donde recogeríamos mayor abundancia del compuesto es cuando el limón está verde sin llegar a su punto de maduración, luego se llega al pelado, la extracción del aceite esencial, determinación de pH y humedad, identificación de d-limoneno con la prueba de Baeyer e índice de refracción. Se llevaron a cabo dos métodos comunes para la extracción del aceite esencial como es la destilación por arrastre con vapor y la hidrodestilación de Clevenger.

El proceso de la destilación por arrastre de vapor es un método de separación para materiales sensibles a la temperatura como pueden ser aceites, resinas, hidrocarburos, etc., que son insolubles en agua y se descomponen durante la ebullición. (Prasad, Pratika, & Omkumar, 2017) En un matraz se colocan las cascaras de limon y en otro se adiciona agua destilada que sera calentado hasta generar vapor que pasará al matraz que contiene las cascaras con el fin de extraer el aceite.

Mientras que el proceso de hidrodestilación, a escala de laboratorio, es uno de los métodos más empleados, en el que ha sido considerado como el equipo más adecuado para realizar extracciones y determinar el contenido de aceites esenciales ya sea de una planta aromática o de una fruta.

Un equipo Clevenger se caracteriza ser un sistema cerrado en donde el solvente o material extraído (en dependencia si el aceite esencial es más o menos denso que el agua) son ‘devueltos o retornados’ al balón de destilación en un proceso que se repite hasta que se haya considerado la total extracción del aceite esencial. Esta ‘devolución o retorno’ es lo que se conoce como cohobación. Este proceder resulta particularmente efectivo cuando los aceites esenciales a extraer resultan parcialmente solubles en agua, o en su defecto cuando se desconoce su solubilidad en este solvente. (Cerpa, 2013)

Materiales

A nivel de laboratorio, los equipos y materiales utilizados en el proceso de extracción e identificación del aceite esencial de la cáscara de limón son los siguientes:

• Balanza
• Estufa eléctrica
• pHmetro
• Refractómetro

Materia prima

• 120g de Cáscaras de limón para destilación por arrastre de vapor
• 2kg de Cáscaras de limón para hidrodestilación de Clevenger

Reactivos

• Agua
• Disolución acuosa de Permanganato de potasio al 10%

Equipos para la destilación por arrastre con vapor

• Matraz Erlenmeyer de 500ml
• Matraz Erlenmeyer de 250ml
• Tubo capilar
• Refrigerante de bolas o de serpentín
• Mangueras
• Soportes
• Pinza de tres dedos con nuez
• Trípode
• Malla de asbesto
• Núcleos de ebullición
• Mechero Bunsen
• Embudo de vidrio
• Tapones de caucho

Equipos para la hidrodestilación de Clevenger

• Estufa eléctrica
• Condensador recto
• Alargadera
• Balón de fondo redondo
• ·Pinza de tres dedos con nuez
• Soportes

 

Resultados

Por el método de extracción de arrastre con vapor, en el que se colocaron 120g de cáscara se obtuvo muy poco de aceite esencial de limón debido a la poca cantidad de cáscaras usadas, pero si se recogió suficiente hidrolato para producir el desengrasante, el proceso se realizo en 1 hora. (Ver tabla 1)

En cambio, con el método de Clevenger, donde se utilizaron más de dos kilogramos de cascara, y el proceso se realizó en 2 horas, en el que se obtuvieron alrededor de 6 ml de aceite esencial.

Prueba cualitativa de Baeyer

Para la determinación de la presencia de terpenos (en especial limoneno), en el aceite esencial, se utilizó una disolución acuosa de permanganato de potasio al 10%, esta disolución se preparó utilizando 10g de permanganato de potasio disueltos en 100ml de agua destilada. La prueba se realizó en 5ml de cada muestra de extracto, a la cual se añadió una gota de la disolución acuosa de permanganato de potasio.

Conclusiones y recomendaciones

La sustancia activa de la cáscara del limón se obtuvo mediante dos métodos de extracción, el primero por arrastre de vapor con agua, y el segundo, por medio de la hidrodestilación por Clevenger, en el que sólo se utilizó como solvente el agua para generar vapor en ambos procesos.

Para los mismos métodos de extracción del aceite esencial, la medida del color de la sustancia extraída es resultado del grado de madurez del fruto, el cual se utilizó limones que tengan las cáscaras muy verdes, ya que en teoría hay mayor presencia del aceite, pero también se usaron cáscara de limones que se habían madurado. El color del aceite que se extrajo era ligeramente amarillento por destilación con arrastre, y casi incoloro por hidrodestilación. Para tener un resultado más objetivo, se recomienda hacer una prueba con un colorímetro.

De acuerdo a investigaciones, el índice de refracción para el limón criollo en una temperatura de 20ºC es entre 1.473 – 1.476. La determinación de índice de refracción que arrojo el refractómetro en los extractos fueron de

Por otra parte, ambos métodos son factibles en la extracción de aceites esenciales; sin embargo, el método más efectivo, y de menos costo en realizar la obtención de estas sustancias de la fruta, es el método por arrastre de vapor con agua, en cuanto a la pureza, ya que en el método de hidrodestilación, se observó que el aceite no era tan puro debido a que se observaban grumos.

También se recomienda, que para un análisis más profundo y cuantitativo sobre el contenido de d-limoneno en el aceite esencial, y el de otras sustancias presentes, se realice una cromatografía de gases.

Discusión

Luego de cada proceso de extracción del aceite esencial de la cáscara del limón, se tomaron en cuenta variables como el tiempo y el índice de refracción; pero, se debería monitorear también otras variables que son importantes, además de que pueden influir durante el proceso como son la temperatura y la presión durante la extracción, así mismo el tiempo de almacenamiento de los extractos.

Referencias

1. ALVARADO, Delfín, CONTRERAS, Verteramo, ARADILLAS, Ponce, (2016). Obtención de aceites escenciales a partir de residuos de productos cítricos en la zona norte de veracruz (método experimental). En: XII congreso de mujer en la ciencia_CIO. Recuperado de: http://congresos.cio.mx/memorias_congreso_mujer/archivos/extensos/sesion1/S1-BYQ05.docx
2. Carutti, M., & Neumayer, F. (2004). Introducción a la obtención de aceite esencial de limón. Invenio: Revista de investigación académica, 149-155.
3. Cerpa, M. G. (2013). Evaluación de las condiciones de extracción por hidrodestilación-cohobación del aceite esencial del follaje de Pinus caribaea Morelet var. caribaea (droga seca). Revista Cubana de Química. Retrieved 2019, from Pinus caribaea Morelet var. caribaea (droga seca)
4. CHÁVEZ, Diana, (2017). Obtención del limoneno a partir del aceite esencial de naranja mediante destilación. Trabajo de titulación, modalidad proyecto de investigación para la obtención del título de ingeniería química, Universidad Central del Ecuador. Recuperado de: http://www.dspace.uce.edu.ec/bitstream/25000/10985/1/T-UCE-0017-0024-2017.pdf
5. GARCÍA, Benedicto, (2014). Estudio de mercado y prefactibilidad del cultivo de limón Tahití (Citrus aurantifolia) en la provincia de santa elena. Proyecto de investigación previo a la obtención del titulo de Economista Agrícola y Desarrollo Rural, Universidad Católica de Santiago de Guayaquil, Ecuador. Recuperado de: http://repositorio.ucsg.edu.ec/bitstream/3317/2710/1/T-UCSG-PRE-TEC-EADR-13.pdf
6. León, G. M., Osorio, M. d., & Ruby, S. (2015). Comparación de dos métodos de extracción del aceite esencial de C itrus sinensis L. Revista Cubana de Farmacia, 49. Retrieved Julio 30, 2019, from http://scielo.sld.cu/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0034-75152015000400014&lng=es&tlng=es
7. Prasad, M. R., Pratika, W. D., & Omkumar, G. (2017). Extraction of d-limonene from orange peels. Global Journal of Engineering Science and Researches, 42-48. doi:http://doi.org/10.5281/zenodo.804823
8. RAMOS, José, junio 2015. Extracción enzimática de limoneno en cáscaras de limón. En: XVI Congreso internacional de biotecnología y bioingenieria. Recuperado de: https://smbb.mx/congresos%20smbb/guadalajara15/PDF/XVI/trabajos/III/IIIC-59.pdf