Fluidos supercríticos Parte I
Ing. Laura Domínguez - Téc. Magali Parzanese
Son bien conocidos los tres estados típicos de la materia: el gas, el líquido y el sólido. No obstante, al someter un fluido a altas presiones y temperaturas se obtiene un estado diferente: el supercrítico.
Los fluidos supercríticos (FSC) poseen propiedades híbridas entre un líquido y un gas: capacidad para disolver solutos, miscibilidad con gases permanentes, alta difusividad y baja viscosidad, lo cual los convierte en sustancias muy adecuadas para muchos procesos.
Los FSC son conocidos desde mediados del siglo XIX. Sin embargo, sus primeras aplicaciones industriales datan de la década de 1970. El primer proceso industrial exitoso de extracción supercrítica fue el descafeinado del café, en 1978.
Los FSC son conocidos desde mediados del siglo XIX. Sin embargo, sus primeras aplicaciones industriales datan de la década de 1970. El primer proceso industrial exitoso de extracción supercrítica fue el descafeinado del café, en 1978.
Entre las aplicaciones industriales actuales se pueden mencionar la determinación de compuestos mediante cromatografía de FSC, mejora de parámetros de calidad y conservación de productos (desinfección, desinsectación, inactivación enzimática, otros), diseño de partículas (recristalización, micronización de principios activos, encapsulación, otros), impregnación de materiales (eliminación de aceites minerales de piezas industriales y materiales electrónicos, eliminación de sustancias tóxicas en implantes biomédicos), tratamiento de materiales (aplicación de conservantes en maderas, teñido de tejidos, impregnación de polímeros para liberación controlada de sustancias activas), producción de biodiesel y extracción, siendo esta última una de las más utilizadas en la industria de alimentos.
Otra aplicación interesante y prometedora es la precipitación por efecto anti-solvente; si se tiene una sustancia disuelta en el FSC al reducir rápidamente la presión, la solubilidad cae drásticamente y la sustancia precipita en forma de pequeñas partículas de tamaño uniforme y controlado.
En las últimas dos décadas hubo un importante desarrollo de la utilización de FSC como medio de reacción o participando directamente en ella, reemplazando solventes convencionales en síntesis de compuestos orgánicos y organometálicos. Su uso más frecuente ha sido en reacciones gas-líquido catalizadas por sólidos debido a que la operación en condiciones supercríticas, genera un medio fluido homogéneo y elimina la interfase gas-liquido y con ello reduce en gran medida la resistencia a la transferencia de masa. De esta forma se consigue un mejor control en la superficie catalítica de los reactivos, incrementando el rendimiento, selectividad y velocidad del proceso. Ejemplos de este tipo de reacciones son la hidrogenación de aceites vegetales para producir margarinas.
En otros procesos reactivos uno de los componentes está en estado supercrítico y si se encuentra en una proporción elevada toda la reacción se puede llevar a cabo en fase homogénea. Un ejemplo de gran interés es la transesterificación de aceites vegetales con metanol supercrítico, que puede llevarse a cabo en medio homogéneo a buena velocidad de reacción y rendimiento sin necesidad de catalizador, simplificando en gran medida la recuperación de los esteres grasos (biodiesel) y eliminando serios problemas de contaminación de los residuos de catalizador.
Los FSC pueden aplicarse en muchos procesos como una alternativa favorable al uso de solventes orgánicos. Ejemplo de esto son el desarrollo de la técnica de cromatografía de fluidos supercríticos; y el uso de los mismos como solventes en los procesos de extracción de aceites esenciales.
Actualmente, debido al incremento en el consumo de alimentos funcionales se han desarrollado muchas investigaciones para obtener las sustancias que los componen de una forma segura, rápida y de bajo costo. En general la extracción de dichos compuestos se realiza a través de solventes orgánicos, que resultan poco efectivos por ser tóxicos, inflamables, poco selectivos y muy laboriosos.
Por esto se encontró en los FSC una muy buena alternativa ya que adicionalmente a su seguridad, pueden obtenerse mejores resultados porque tienen la capacidad de disolver o extraer un número mayor de estos componentes con una mejor calidad y mediante un proceso más eficaz.
Muchas de las sustancias nombradas en la tabla anterior son utilizadas una vez extraídas, como ingredientes en el proceso de fortificación de muchos alimentos.
Esto se debe a que los extractos obtenidos mediante la tecnología de FSC se caracterizan por no contener residuos ni contaminantes, lo que los posiciona como una excelente alternativa a la utilización de aditivos sintéticos.
Los beneficios de aplicar la tecnología de FSC en la industria de alimentos son varios, comenzando por su respuesta a las demandas de producir sin dañar el medio ambiente, ya que en general los solventes utilizados no son contaminantes. La industria química requiere solventes “verdes” para su desarrollo sostenible, los problemas de residuos en los productos finales, los riesgos para el personal de planta y de laboratorios de los compuestos orgánicos volátiles y su descarga a la atmósfera son problemas que preocupan a la sociedad y son cuidadosamente controlados por los gobiernos y los organismos internacionales.
Existen dos solventes verdes de gran potencial, el dióxido de carbono y el agua supercrítica que cumplen un rol creciente en sus aplicaciones y su uso industrial. Ambos, bajo condiciones cuasicríticas exhiben propiedades solventes atractivas y no son tóxicos ni inflamables y tienen bajo costo.
El agua supercrítica se puede utilizar para la destrucción de sustancias tóxicas y como solvente en la transformación de biomasa en combustibles o productos químicos básicos.
Asimismo, los alimentos que sufren procesos de modificación por extracción de alguno de sus componentes, como la desalcoholización, desgrasado o descafeinado, no reciben cambios en sus otras características.
En cuanto a los tiempos de producción mediante esta tecnología, es importante destacar que requiere tiempo de trabajo inferior si se compara con otras técnicas de extracción, como son destilación o aplicación de solventes orgánicos; ya que demanda un menor número de operaciones, principalmente porque no se dejan residuos en los extractos, evitando una posterior operación de separación y/o purificación.
Existen gran número de ejemplos de aplicaciones a escala industrial, por lo que puede decirse que es una tecnología madura y sólo se requiere un buen análisis del escenario de fases adecuado para aprovechar de la mejor manera las características solventes de estos fluidos.
Otra aplicación interesante y prometedora es la precipitación por efecto anti-solvente; si se tiene una sustancia disuelta en el FSC al reducir rápidamente la presión, la solubilidad cae drásticamente y la sustancia precipita en forma de pequeñas partículas de tamaño uniforme y controlado.
En las últimas dos décadas hubo un importante desarrollo de la utilización de FSC como medio de reacción o participando directamente en ella, reemplazando solventes convencionales en síntesis de compuestos orgánicos y organometálicos. Su uso más frecuente ha sido en reacciones gas-líquido catalizadas por sólidos debido a que la operación en condiciones supercríticas, genera un medio fluido homogéneo y elimina la interfase gas-liquido y con ello reduce en gran medida la resistencia a la transferencia de masa. De esta forma se consigue un mejor control en la superficie catalítica de los reactivos, incrementando el rendimiento, selectividad y velocidad del proceso. Ejemplos de este tipo de reacciones son la hidrogenación de aceites vegetales para producir margarinas.
En otros procesos reactivos uno de los componentes está en estado supercrítico y si se encuentra en una proporción elevada toda la reacción se puede llevar a cabo en fase homogénea. Un ejemplo de gran interés es la transesterificación de aceites vegetales con metanol supercrítico, que puede llevarse a cabo en medio homogéneo a buena velocidad de reacción y rendimiento sin necesidad de catalizador, simplificando en gran medida la recuperación de los esteres grasos (biodiesel) y eliminando serios problemas de contaminación de los residuos de catalizador.
Los FSC pueden aplicarse en muchos procesos como una alternativa favorable al uso de solventes orgánicos. Ejemplo de esto son el desarrollo de la técnica de cromatografía de fluidos supercríticos; y el uso de los mismos como solventes en los procesos de extracción de aceites esenciales.
Actualmente, debido al incremento en el consumo de alimentos funcionales se han desarrollado muchas investigaciones para obtener las sustancias que los componen de una forma segura, rápida y de bajo costo. En general la extracción de dichos compuestos se realiza a través de solventes orgánicos, que resultan poco efectivos por ser tóxicos, inflamables, poco selectivos y muy laboriosos.
Por esto se encontró en los FSC una muy buena alternativa ya que adicionalmente a su seguridad, pueden obtenerse mejores resultados porque tienen la capacidad de disolver o extraer un número mayor de estos componentes con una mejor calidad y mediante un proceso más eficaz.
Muchas de las sustancias nombradas en la tabla anterior son utilizadas una vez extraídas, como ingredientes en el proceso de fortificación de muchos alimentos.
Esto se debe a que los extractos obtenidos mediante la tecnología de FSC se caracterizan por no contener residuos ni contaminantes, lo que los posiciona como una excelente alternativa a la utilización de aditivos sintéticos.
Los beneficios de aplicar la tecnología de FSC en la industria de alimentos son varios, comenzando por su respuesta a las demandas de producir sin dañar el medio ambiente, ya que en general los solventes utilizados no son contaminantes. La industria química requiere solventes “verdes” para su desarrollo sostenible, los problemas de residuos en los productos finales, los riesgos para el personal de planta y de laboratorios de los compuestos orgánicos volátiles y su descarga a la atmósfera son problemas que preocupan a la sociedad y son cuidadosamente controlados por los gobiernos y los organismos internacionales.
Existen dos solventes verdes de gran potencial, el dióxido de carbono y el agua supercrítica que cumplen un rol creciente en sus aplicaciones y su uso industrial. Ambos, bajo condiciones cuasicríticas exhiben propiedades solventes atractivas y no son tóxicos ni inflamables y tienen bajo costo.
El agua supercrítica se puede utilizar para la destrucción de sustancias tóxicas y como solvente en la transformación de biomasa en combustibles o productos químicos básicos.
Asimismo, los alimentos que sufren procesos de modificación por extracción de alguno de sus componentes, como la desalcoholización, desgrasado o descafeinado, no reciben cambios en sus otras características.
En cuanto a los tiempos de producción mediante esta tecnología, es importante destacar que requiere tiempo de trabajo inferior si se compara con otras técnicas de extracción, como son destilación o aplicación de solventes orgánicos; ya que demanda un menor número de operaciones, principalmente porque no se dejan residuos en los extractos, evitando una posterior operación de separación y/o purificación.
Existen gran número de ejemplos de aplicaciones a escala industrial, por lo que puede decirse que es una tecnología madura y sólo se requiere un buen análisis del escenario de fases adecuado para aprovechar de la mejor manera las características solventes de estos fluidos.
Fuente:
