Optimización de la extracción por arrastre de vapor de aceite
esencial de romero (Rosmarinus officinalis) utilizando diseños
secuenciales
Optimization of the extraction by steam extraction of rosemary
essential oil (Rosmarinus officinalis) using sequential designs
Ricardo Sevillano1; Raúl Siche1,*
; Williams
Castillo Martínez2; Elias
Silva1
1 Universidad
Nacional de Trujillo. Av. Juan Pablo II s/n, Ciudad Universitaria, Trujillo,
Perú.
2 Universidad
Nacional del Santa. Av. Universitaria, Nuevo Chimbote, Perú.
*Autor
correspondiente: rsiche@unitru.edu.pe
(R. Siche).
R. Siche https://orcid.org/0000-0003-3500-4928
W. Castillo Martínez https://orcid.org/0000-0001-6917-1009
E.
Silva https://orcid.org/0000-0003-0606-0023
DOI: 10.17268/manglar.2019.008
Resumen
El objetivo del presente estudio fue evaluar el
efecto de densidad de carga, flujo de vapor y condición de la materia prima en
el rendimiento del aceite esencial de Romero (Rosmarinus officinalis) extraído
por arrastre de vapor. La metodología experimental consiste en trabajar en la
primera etapa con dos flujos de vapor (4 kg/h y 6 kg/h) relacionado con dos
estados de materia prima (seca y fresca) y dos densidades de carga (1 kg y 3
kg). El aceite esencial de Romero (Rosmarinus officinalis) se extrajo de
las hojas de Romero utilizando el método de destilación discontinua por
corriente de vapor de agua. Todos estos factores fueron trabajados con la
metodología Taguchi con un arreglo ortogonal L4 (23) a 3
niveles cada uno. En la segunda etapa de optimización se utilizó el MSR con un
diseño compuesto central rotable (DCCR) la cual se utilizó para evaluar el
efecto de las variables densidad de carga y flujo de vapor. El DCCR consistió
en un planeamiento factorial completo 22, 4 puntos axiales y 3
repeticiones en el punto central totalizando 11 ensayos. Un modelo polinomial
de segundo grado fue usado para predecir la respuesta. El mayor rendimiento de
aceite esencial de Romero se obtiene cuando la materia prima se encuentra en la
condición de seca, una densidad de carga de 1 kg y un flujo de vapor de agua de
5 kg/h, dándonos un 2,66% de rendimiento.
Palabras clave: aceite esencial; Rosmarinus officinalis; métodos de extracción;
optimización.
Abstract
The objective of
the present study was to evaluate the effect of charge density, steam flow and
condition of the raw material in the yield of the essential oil of Rosemary (Rosmarinus
officinalis) extracted by steam drag. The experimental methodology consists
in working in the first stage with two steam flows (4 kg/h and 6 kg/h) related
to two states of raw material (dry and fresh) and two densities of load (1 kg
and 3 kg). The essential oil of rosemary (Rosmarinus officinalis) was
extracted from the leaves of Romero using the method of discontinuous
distillation by stream of water vapor. All these factors were worked with the
Taguchi methodology with an orthogonal arrangement L4 (23) at 3 levels each. In
the second optimization stage, the MSR was used with a rotatable central
composite design (DCCR) which was used to evaluate the effect of the load
density and vapor flow variables. The DCCR consisted of a complete factorial
planning 22, 4 axial points and 3 repetitions in the central point totaling 11
trials. A second-degree polynomial model was used to predict the response. The
highest yield of rosemary essential oil is obtained when the raw material is in
the dry condition, a loading density of 1 kg and a steam flow of 5 kg / h,
giving a 2.66% yield.
Keywords: essential oil; Rosmarinus officinalis; extraction methods;
optimization.
Introducción
Los aceites esenciales generan en el mercado mundial una continua
renovación de tecnología y optimización de las mismas en su producción (Palacios y
Castillo, 2015), estos aceites se pueden obtener mediante el método por arrastre
de vapor (Patiño et al., 2014), destilación molecular (Pramparo et al.,
2008),
extracción con disolventes, por fluidos supercríticos y uso de microondas (Peredo-Luna et
al, 2009). Además, el impacto de estos procesos es mínimo en el medio
ambiente (Cerpa, 2007; Véliz-Jaime y Gonzáles-Dias, 2017). El uso de cada método es
importante ya que puede estar asociado con la composición en la variación del
aceite esencial, siendo el arrastre de vapor el procedimiento industrial más
utilizado para la producción comercial de aceites esenciales (Sadhe et al.,
2019)
pero no siempre el más eficiente (León et al., 2015).
El aceite esencial de romero tiene diferentes usos en diferentes industrias
como la cosmética, alimentaria y farmacéutica (Isman et al., 2011; Lubbe y Verpoorte, 2011) además
tiene virtudes como mejoramiento de la memoria a corto plazo (Filiptsova et
al., 2017), alivia dolencias de la cabeza y estómago (López-Muñoz et al.,
2006).
También es usado como suplemento alimenticio en animales para mejorar la
calidad y rendimiento de carne de pollo (Mohammadi et al.,
2019)
además ofrece buenos resultados cuando se adiciona en películas alargando la
vida útil de productos como carne (Lauriano de Sousa et al., 2019; LLinares et al.,
2018),
y vegetales como papas recién cortadas (Rizzo et al., 2018), incluso son
microencapsuladas para diferentes fines (De Barros et al., 2014; Alipour et al.,
2019).
El
precio del Romero por lo general es barato y su cultivo se realiza todo el año,
en lugares en donde otros no prosperan especialmente en zonas humedad y no
necesitan grandes cultivos para su cultivo (Lax,
2014). Por lo que esta sigue siendo un área muy promisoria para
incentivar aún más la producción y diversificar su demanda.
Existe
un amplio conocimiento del proceso para obtener aceites esenciales usando el
agua como agente de extracción. Sin embargo, solo en algunas materias primas se
ha realizado modificaciones para controlar y optimizar el proceso de extracción
(Casado, 2018; Moreno et al., 2010).
Este análisis es importante porque permite formular modelados matemáticos
descriptivos de esos fenómenos, determinar cuál es el impacto de las variables
de operación en el rendimiento y calidad de los productos, dimensionar equipos
a una escala superior, y simular el proceso. Así se evita la necesidad de
construir una planta industrial o de realizar pruebas onerosas y numerosas a
escala piloto, las cuales sólo sirven para una materia prima, determinadas
condiciones de operación y escala de producción.
El objetivo de este estudio fue evaluar el efecto de densidad de carga, flujo de
vapor y condición de la materia prima (seco y húmedo) en el rendimiento del
aceite esencial de Romero (Rosmarinus officinalis) extraído por arrastre
de vapor utilizando la metodología de Taguchi y el Diseño Compuesto Central
Rotable.
Materiales y métodos
Materia prima
Se utilizó romero (Rosmarinus officinalis)
procedente de los centros de producción del Distrito de Sihuas, Departamento de
Ancash, Perú. El romero es lavado y secado a temperatura ambiente cambiándola de posición
diariamente, para evitar formación de hongos, debido a su alto contenido de
humedad. Posteriormente se separó la hoja y el tallo, conservando únicamente
las hojas.
Unidad de destilación discontinua por corriente de vapor,
automatizada, para la extracción de aceites esenciales de hierbas oficinales
(mod. udca-2/ev)
Esta planta piloto permite extraer, por corriente de vapor, las
esencias presentes en las Hierbas. En esta instalación se efectúa la extracción
de los aceites esenciales siguiendo el método de la destilación en corriente de
vapor (Patiño
et al., 2014; Wankat, 1988). Teniendo el cuidado de no llenar la caldera por encima del 75%
de su capacidad. La materia prima cargada en la caldera C1 (Figura 1) es atravesada por
el vapor proveniente del fondo, el cual extrae el aceite esencial. A continuación,
la mezcla vapor/aceite es condensada en el condensador E1, enfriada en el
intercambiador E2 y recogida en el tanque D1 (Figura 1).
Figura 1. Esquema de funcionamiento de la unidad de
destilación de vapor.
Esquema experimental
Primera etapa: Determinación de la influencia de los factores: flujo de vapor (kg/h),
carga de materia prima (kg) y condición de materia prima
Para determinar y definir los factores que afectaron el proceso de
extracción de aceite esencial de romero se realizó un “screening”, en el cual
se consideró como respuesta el peso del aceite esencial.
Para este screening se aplicó el diseño
experimental correspondiente al criterio de “mayor es mejor” del método de Taguchi
con arreglo ortogonal L4 (4 experimentos) para la matriz interna,
permitiendo estudiar los 3 factores a 2 niveles con 3 repeticiones. Al obtener
mayor contenido de aceite, más fuerte será la señal que emite contra cualquier
ruido externo que trate de inhibir la fuerza de la señal (Hernández et al.,
2015).
Se determinó la influencia de los siguientes
factores:
flujo de
vapor (4 kg/h y 6 kg/h), densidad de carga (1 kg y 3 kg) y condición de materia
prima (seca o húmeda). Las muestras de aceite esencial obtenidas bajo estas
condiciones fueron almacenadas en botellas de color ámbar a la temperatura de
-20 °C hasta el momento de evaluar sus características fisicoquímicas.
Se determinó
la humedad de las hojas secas y frescas mediante el uso la estufa a una
temperatura de 110 °C y un tiempo de 3 horas, dando como resultado un promedio
de 68,551±0,828 % de humedad para las hojas secas. Mientras que para las hojas
frescas se obtuvo un promedio de 80,744±0,851 %.
Segunda Etapa: Determinación de factores óptimos para la extracción de aceite esencial
de romero
Para la determinación de los factores óptimos en la etapa de
extracción de aceite esencial de Romero se utilizó el método de Superficie de
Respuesta y el diseño central compuesto rotable (DCCR). Se consideraron los
factores que resultaron significativos de acuerdo al análisis de varianza
realizado en el “screening” de Taguchi. Asimismo, los niveles por cada factor
se establecieron a partir del criterio “el mayor es mejor” obtenido del
screening.
Se realizó un Diseño Compuesto Central Rotable (DCCR), donde se
utilizó un planeamiento factorial completo 22, 4 puntos axiales y 3
repeticiones en el punto central totalizando 11 ensayos (Montgomery, 2006).
En la Tabla 1 se muestran los valores axiales utilizados en DCCR para la
extracción de aceite esencial de Romero. En ambos procesos de extracción sus
valores axiales son determinados mediante el programa Statistica®.
Tabla 1. Planeamiento
de cada uno de los ensayos a realizarse para el proceso de extracción de aceite
esencial de romero
|
Ensayos
|
X1
|
X2
|
Y1
|
|
Real
|
Real
|
Rendimiento
|
|
1
|
4,3
|
1,3
|
Y1,1
|
|
2
|
5,7
|
1,3
|
Y1,2
|
|
3
|
4,3
|
2,7
|
Y1,3
|
|
4
|
5,7
|
2,7
|
Y1,4
|
|
5
|
4
|
2,0
|
Y1,5
|
|
6
|
6
|
2,0
|
Y1,6
|
|
7
|
5
|
1
|
Y1,7
|
|
8
|
5
|
3
|
Y1,8
|
|
9
|
5
|
2,0
|
Y1,9
|
|
10
|
5
|
2,0
|
Y1,10
|
|
11
|
5
|
2,0
|
Y1,11
|
X1: Flujo de Vapor (kg/h); X2: Carga M.P
(kg); Y1: Rendimiento (%).
Análisis fisicoquímicos
Se determinó la humedad de la hoja de Romero por
el método 934.06 (37.1.10) del AOAC (1996), el índice de
refracción y la densidad mediante el método AOAC (1995), y la solubilidad en alcohol de acuerdo a la
Norma ITINTEC 18510.
Análisis estadístico
Para la Primera Etapa se evaluaron la influencia de los factores
aplicando el programa Statistica®, con un nivel de significancia del 95% (p
< 0,05) para determinar las diferencias significativas entre los factores en
estudio para la extracción de aceite esencial. Para la segunda etapa; se
utilizó una ecuación de regresión polinomial de segundo orden; la cual fue
establecido en base a los análisis de los datos experimentales del Diseño Central
Compuesto Rotable y las condiciones óptimas para la extracción fueron
encontrados usando el Programa estadístico Statistica®.
Resultados y discusión
Selección de variables significativas
En la Tabla 2 se presentan los resultados de la extracción de aceite esencial
de romero según los tratamientos (corridas) establecidos del diseño
experimental de Taguchi. Se observa que se obtiene un mayor rendimiento en el
ensayo 3 (Flujo de vapor: 6 kg/h; MP: seca; carga: 3 kg) con un valor de 41,66±
1,899 g. Estos resultados obtenidos para los tres factores, se comprueban
mediante los valores señal ruido (ETA) que generan, los cuales se muestran en
la Figura
2, en la
cual se aprecia a cada uno de los factores que se encuentran representados a
través de líneas que tienen extremos que indican sus valores máximos y mínimos.
Así a mayor ETA hay una mayor influencia en la extracción de
aceite esencial de romero. Las líneas rojas punteadas indican la significancia,
es decir si un factor tiene límites más allá de los establecidos por las líneas
de significancia se considera significativo. Para el factor flujo de vapor (kg/h)
y densidad de carga de materia prima (kg) se observa que están superando el
límite de las líneas de significancia es por ello que se considera un factor
significativo en la extracción de aceite esencial, por lo que se selecciona los
niveles más altos ensayados que son en flujo de vapor 6 kg/h y carga de materia
prima 3kg.
Figura 2. Valores señal/ruido (ETA) de cada
factor evaluado para la cantidad de aceite esencial extraído aplicando el
diseño Taguchi con arreglo ortogonal L4.
De otro lado, el factor condición de materia prima se caracteriza
por sobrepasar los límites de significancia; lo cual hace que sea un factor
altamente significativo, correspondiendo un mayor valor de señal/ruido (ETA) al
estado en seco.
Tabla 2. Contenido
de aceite esencial de romero y su respectivo rendimiento de acuerdo al diseño
experimental de Taguchi con arreglo ortogonal L4 (23)
|
Ensayo
|
Flujo de vapor
(kg/h)
|
Condición de MP
|
Carga MP
(kg)
|
Rendimiento
(g)
|
Rendimiento
(% P/P)
|
|
1
|
4
|
seca
|
1
|
28,27±1,2499
|
2,83±0,1250
|
|
2
|
4
|
fresca
|
3
|
11,98±0,4632
|
0,59±0,0232
|
|
3
|
6
|
seca
|
3
|
41,66± 1,8994
|
2,13±0,0950
|
|
4
|
6
|
fresca
|
1
|
7,898±1,1902
|
0,83±0,1190
|
Por tanto, para las pruebas de superficie de respuesta se decidió
trabajar con la premisa empleada por Taguchi de que “mayor es mejor” tomando
así la condición de materia prima seca como factor constante, este resultado
coincide con lo manifestado por Quintero et al. (2004) quien afirma que la
extracción de los aceites esenciales es mejor y más rápida al eliminarse un
gran porcentaje de agua.
El análisis estadístico del ANOVA (p < 0,05) confirmó los
resultados obtenidos, el que concluyó que los factores Flujo de Vapor (kg/h), condición
de materia prima y carga de materia prima (kg) fueron factores altamente
significativos (p =0,000096, 0000000 y 0,000002, respectivamente menores a p
< 0,05).
Optimización
Del estudio preliminar usando el método de Taguchi, los factores
que condicionaron el proceso de extracción de aceite esencial de Romero fueron
el flujo de vapor (X1, kg/h) y Carga de Materia Prima (X2, kg), los mismos que
fueron seleccionados para encontrar las condiciones óptimas en el proceso de
extracción mediante la MSR usando el diseño compuesto central rotable (DCCR a
un p < 0,05). La condición de Materia Prima se mantuvo constante en los
ensayos. Aplicando el diseño y considerando los factores seleccionados arriba
se trabajó con los valores ya establecidos (Tabla 3).
Tabla 3. Diseño central compuesto rotable del
método de superficie de respuesta para la extracción de aceite esencial de
romero
|
Ensayo
|
X1
|
X2
|
Rendimiento
Experimental (%)
|
|
1
|
4,3
|
1,3
|
2,30
|
|
2
|
5,7
|
1,3
|
2,35
|
|
3
|
4,3
|
2,7
|
0,75
|
|
4
|
5,7
|
2,7
|
1,66
|
|
5
|
4
|
2,0
|
1,01
|
|
6
|
6
|
2,0
|
2,25
|
|
7
|
5,0
|
1
|
2,66
|
|
8
|
5,0
|
3
|
1,18
|
|
9
|
5,0
|
2,0
|
1,21
|
|
10
|
5,0
|
2,0
|
1,13
|
|
11
|
5,0
|
2,0
|
1,16
|
X1: Flujo de Vapor (Kg/h); X2: Carga M.P
(Kg)
El mayor rendimiento de aceite esencial de romero fue de 2,66%, a
un flujo de vapor de 5,0 kg/h y una carga de materia prima de 1 kg (ensayo 7, Tabla 3), y el menor
rendimiento de aceite esencial de romero fue de 0,75% a un flujo de vapor de 4,3 kg/h y a una carga
de materia prima de 2,7 kg (ensayo 3).
Los ensayos 1 y 2 se realizaron a carga de materia prima fija pero
el rendimiento de aceite esencial de romero es mayor en el ensayo 2 esto se
debe al incremento en el valor del flujo de vapor esto también se observa en
los ensayos 3, 4, 5 y 6; por lo tanto se determinó que el flujo de vapor
influyó en gran medida respecto a la carga de materia prima en el rendimiento
de aceite esencial de romero concluyendo que a mayor flujo de vapor y sin tomar
en cuenta la carga de materia prima, el rendimiento de aceite esencial aumentan.
En los ensayos 7 y 8 el flujo de vapor es fijo y los rendimientos
de aceite esencial es mayor en el ensayo 7 a pesar de haber utilizado menos
carga de materia prima
Se observa también que en los ensayos 1, 2, 6 y 7 alcanzaron los mayores
valores de rendimientos de aceite esencial comprendidos en el rango de 2,25% a
2,66. Los ensayos 1 y 6 alcanzan valores cercanos al ensayo 2 resultando
favorable trabajar con los rendimientos de estos ensayos, por presentar baja carga
de materia prima.
Los ensayos 3, 5, y 10 presentan bajo rendimiento porcentual de aceite
esencial 0,75%, 1,01% y 1,13% respectivamente, debido a una inadecuada
combinación entre las variables de flujo de vapor y carga de materia prima.
Así mismo en los ensayos centrales 9, 10 y 11 con flujo de vapor
de 5 kg/h y carga de materia prima de 2 kg se alcanzó un rendimiento promedio
de 1,16%, mientras que con una carga de materia prima de 1 kg y al mismo flujo
de vapor de 5kg/h se alcanzó el mayor rendimiento que es de 2,66% (ensayo 7).
Una ecuación de regresión múltiple fue generada relacionando la
respuesta contenido de aceites esenciales de Romero extraídos (X3, g) para los
niveles codificados de las variables X1: Flujo de Vapor (kg/h) (h) y
Carga Materia Prima (kg).
La ecuación
del modelo ajustado que predice la extracción de aceite esencial fue la
siguiente:
Rendimiento (%) = 19,01586
– 4,9593*FV + 0,45863*FV2 – 5,87721*C + 0,74652*C2 + 0,42496*FV*C
Los cocientes F están basados en el error cuadrático medio residual.
Para saber si una variable es o no estadísticamente significativa estos valores
de p deben de ser menores al 5%. El análisis de los datos experimentales y la predicción de los
valores para la variable respuesta indicaron un ajuste de un p < 0,05 y un R2
> 0,65. De otro lado, cuando un modelo se ha establecido, se realiza un
análisis de la varianza para evaluar la eficacia del modelo que representan los
datos
Así para evaluar la eficacia del modelo matemático encontrado para
las condiciones óptimas de la extracción de aceite esencial, se procedió a
realizar el análisis de varianza en donde los resultados indicaron que los factores
flujo de vapor y densidad de carga de materia prima presentaron un p < 0,05,
indicando que ellos son significativos con un nivel de confianza de 95%.
Mientras que sus interacciones presentaron también un p < 0,05, por lo tanto,
también fueron significativas. El modelo seleccionado representó adecuadamente
los datos para todas las respuestas obtenidas.
Los modelos son significativos, es decir son adecuados para
describir los resultados a través de la superficie de respuesta. En la
extracción de aceite esencial, el valor R2 para la respuesta de
rendimiento de aceite esencial es de 0,981 con lo cual podemos afirmar que el
modelo explica el 98% de la variabilidad del rendimiento y solo un 2% de la
variabilidad no es explicada por el modelo resultando un buen predictor de
este; Montgomery (2006) el valor del coeficiente de
determinación (R2) es también muy alto por lo que defiende la alta
significancia del modelo. Esto indica que las variables en el planteamiento y en los
rangos establecidos predicen adecuadamente el valor del aceite esencial de
Romero, por otro lado, el
ANOVA indica que el modelo explica de manera significativa (p < 0,05) el
rendimiento por lo que se concluye que el modelo de segundo orden se aproxima
adecuadamente a la superficie de respuesta. Estos dos indicadores validan
estadísticamente la bondad del modelo, por lo que recién se procede a realizar
un análisis por superficie respuesta.
Superficie de respuesta y gráfica de contorno
Las líneas de contorno de la superficie relación de carga de
materia prima-flujo de vapor (Figura 3), infieren que aún se está lejos de la región del óptimo pues no
es apreciable ningún tipo de cambio de curvatura en la tendencia creciente que
el comportamiento posee. Sin embargo, son estas dos variables, y esta
interacción las necesarias para realizar el proceso de optimización, aumentando
gradualmente el rendimiento.
De acuerdo a los resultados obtenidos de la Figura 3 y del análisis estadístico
realizado, se obtuvo que los parámetros para extraer los mayores rendimientos se
alcanzan con bajas cargas de materia prima (0,8 a 1 kg) con flujos de vapor
entre 3,8 a 6,2 kg/h. Siendo que se busca también reducir costos, se
recomendaría bajos flujos de vapor (3,8 a 4,2 kg/h). También es posible obtener
altos rendimiento con altas cargas de materia prima (2,8 a 3,2 kg) y altos flujos
de vapor (6 a 6,2 kg/h), aunque en estas condiciones el proceso se encarecería.
Figura 3. Curvas de
nivel de superficie de respuesta para un mayor contenido de aceite esencial
de Romero en función a los factores Carga de Materia Prima y Flujo de Vapor.
La extracción del aceite esencial de romero mediante la técnica de
destilación por arrastre de vapor resulto ser efectiva, las primeras gotas de
aceite comenzaron a salir entre los 20 y 30 minutos e inmediatamente se dio la
separación de fases.
El tiempo de destilación se determinó durante los primeros experimentos
observando que inicialmente se obtenía el mayor volumen de aceite y entre las
dos y tres cuartos horas llegaba a su límite, por lo tanto, se estandarizó el
método especificando un tiempo de una hora aproximadamente para todas las réplicas
realizadas.
Los rendimientos de extracción para aceites esenciales varían del
0,5 al 2%. Pérez, (2006) y Santacruz (2006) reportaron que utilizando la
misma metodología el rendimiento para el aceite del té de limón, laurel y
cilantro es menor a 0,86%. Martinello (2005) indica que con extracción
por solvente se obtuvo un rendimiento promedio de 15,5% y con destilación por
arrastre de vapor su resultado fue de 1,3%. Mateus (2006) obtuvo mediante destilación por arrastre de vapor probando
diferentes condiciones de vapor y de empaque, revela que obtuvo un rendimiento promedio
de 0,66. Mientras que López y Caso (2015) obtuvieron rendimientos de
0,76% para hojas de eucalipto y 0,214% para hojas y frutos de schinus molle.
Cerpa (2007), menciona que mediante la
técnica de hidrodestilación se obtuvo un rendimiento de 1,35%, en condición
seca utilizando las flores y hojas del Romero español con ello comprueba una vez
más que el proceso y las condiciones de operación implementadas en esta
metodología arroja resultados superiores a los reportados en la literatura con
destilación por arrastre de vapor.
Con los resultados obtenidos es notorio que la densidad de carga
empleada para la destilación es un factor decisivo en el rendimiento, como era
de esperarse hay efecto significativo en la densidad de carga utilizada (p=0,000075)
y a menor densidad de carga, mayor rendimiento. Se observa como varia el
rendimiento en cada experimento para las diferentes cargas utilizadas, para el
ensayo de 2,7 - 3 kg se obtiene un rendimiento muy bajo lo cual nos indica que
usando esa cantidad de muestra los resultados obtenidos serían poco reproducibles.
Para 1 kg se obtuvo un rendimiento mayor, la elección final va a depender del
volumen de aceite que se quiera utilizar, para efectos de esta investigación no
eran necesarias grandes cantidades de aceite, por lo tanto, se considera que la
cantidad de romero más conveniente es de 1 kg.
Validación
del modelo matemático
Para validar el modelo matemático de la extracción de aceite esencial,
fue necesario comprobar los valores de las variables que optimizan el
rendimiento de extracción (%) de aceite esencial, para saber qué tan lejos o
cerca se encuentran de los valores reales.
En la Tabla 4 se denotan los resultados obtenidos, se obtuvo un máximo valor de
rendimiento de aceite esencial de 2,66%. Comparando este valor (2,66%) con el
teórico previsto por el modelo (2,68%) se encontró un bajo desvió (0,79%),
corroborando el buen ajuste del modelo.
Tabla 4. Valores
de rendimientos de Aceite Esencial experimentales y previstos por el modelo con
condiciones optimizadas
|
Flujo Vapor(Kg/h)
|
Densidad de Carga (kg)
|
Rendimiento(g)
|
Rendimiento Experimental (%)
|
Mode-lado
|
Desvío (%)
|
|
4,3
|
1,3
|
29,715
|
2,30
|
2,19
|
4,88
|
|
5,7
|
1,3
|
30,3875
|
2,35
|
2,44
|
3,63
|
|
4,3
|
2,7
|
20,4062
|
0,75
|
0,68
|
10,14
|
|
5,7
|
2,7
|
44,8223
|
1,66
|
1,78
|
7,31
|
|
4
|
2,0
|
20,2544
|
1,01
|
1,15
|
13,37
|
|
6
|
2,0
|
44,9141
|
2,25
|
2,10
|
6,40
|
|
5,0
|
1
|
26,5812
|
2,66
|
2,68
|
0,79
|
|
5,0
|
3
|
35,283
|
1,18
|
1,15
|
2,51
|
|
5,0
|
2,0
|
24,1323
|
1,21
|
1,17
|
3,34
|
|
5,0
|
2,0
|
22,6248
|
1,13
|
1,17
|
3,11
|
|
5,0
|
2,0
|
23,2198
|
1,16
|
1,17
|
0,46
|
Conclusiones
Utilizando la metodología de Taguchi se determinó que el factor
condición de materia de prima en estado seco sobrepasa los límites de
significancia, lo cual lo hace un factor altamente significativo en comparación
con los factores flujo de vapor y densidad de carga las cuales fueron valores poco
significativos.
Utilizando el DCCR se obtuvo que el mayor rendimiento de aceite esencial de Romero
fue de 2,66%, a un flujo de vapor de 5,0 kg/h, una densidad de carga de 1 kg y
una condición de materia prima seca.
El rendimiento
se encuentra superando el límite superior esperado para el aceite esencial de romero,
que varía de 0,5 a 2%.
Del manejo de los resultados mediante un diseño de superficie
respuesta y utilizando el software Statistica®, se determinó que la mayor significancia la
obtuvieron la variable B (densidad de carga de materia prima) y la variable A (flujo
de vapor) respectivamente estos factores tienen efectos estadísticamente
significativos en el rendimiento para un 95,0% de confianza.
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