El agua es uno de los solventes por excelencia (En un medio adecuado se descompone en iones de Hidroxilo (H+) y Oxhidrilo (OH-), éstos iones tienen la capacidad de desagregar muchas moléculas orgánicas y también compuestos inorgánicos), y los primeros intentos para realizar extracciones se hicieron con este solvente. Uno de los primeros intentos de extraer la esencia de las plantas fue poner en contacto estas con agua caliente, pero la dificultad de separar después los materiales hizo que se buscasen nuevas alternativas

Los aceites esenciales consisten principalmente de hidrocarburos y compuestos monofuncionales derivados del metabolismo de terpenos, fenilpropanoides, aminoácidos y ácidos grasos. A diferencia de los aceites grasos, los aceites esenciales no dejan un rastro grasoso cuando es impregnado en papel de filtro. A condiciones ambientales, son líquidos menos densos que el agua, pero más viscosos que ella. Casi inmiscibles en disolventes polares asociados

Es así que, cuando se usa vapor saturado o sobrecalentado, fuera del equipo principal, es llamado “destilación por arrastre de vapor” (Günther, 1948). Cuando se usa vapor saturado, pero la materia prima está en contacto íntimo con el agua generadora del vapor, se le llama “hidrodestilación” (Günther, 1948)

Historia

En el Lejano Oriente, empezó la historia de los aceites esenciales. Las bases tecnológicas del proceso fueron concebidas y empleadas primariamente en Egipto, Persia y la India. Sin embargo, fue en Occidente donde surgieron los primeros alcances de su completo desarrollo. Los datos experimentales de los métodos empleados, en los tiempos antiguos, son escasos y vagos. Aparentemente, solo el aceite esencial de trementina fue obtenido por los métodos conocidos actualmente, aunque se desconoce exactamente cuál fue. Hasta la Edad Media, el arte de la hidrodestilación fue usado para la preparación de aguas florales. Cuando se obtenían los aceites esenciales en la superficie del agua floral, era desechado comúnmente, por considerarlo un sub-producto indeseado.

Con la llegada de la máquina de vapor y el uso de calderas de vapor para las industrias manufactureras (s. XIX), la hidrodestilación se convirtió en un proceso industrial a gran escala. Surgieron dos tipos de generadores: los de calor vivo, donde la caldera forma parte del mismo recipiente donde se procesa el material vegetal y trabaja a la temperatura de ebullición atmosférica. Y, las calderas de vapor, las cuales no forman parte del equipo y trabajan en un amplio rango de flujos y temperaturas para el vapor saturado.

Fundamento

Intervienen dos líquidos: el agua y la sustancia que se destila. Estos líquidos no suelen ser miscibles en todas las proporciones. En el caso límite, es decir, si los dos líquidos son totalmente insolubles el uno en el otro, la tensión de vapor de cada uno de ellos no estaría afectada por la presencia del otro. A la temperatura de ebullición de una mezcla de esta clase, la suma de las tensiones de vapor de los dos compuestos debe ser igual a la altura barométrica (o sea a la presión atmosférica), puesto que suponemos que la mezcla está hirviendo. El punto de ebullición de esta mezcla será, pues, inferior al del compuesto de punto de ebullición más bajo, y bajo la misma presión, puesto que la presión parcial es forzosamente inferior a la presión total, que es igual a la altura barométrica. Se logra, pues, el mismo efecto que la destilación a presión reducida.

El que una sustancia determinada destile o se arrastre más o menos de prisa en una corriente de vapor de agua, depende de la relación entre la tensión parcial y de la densidad de su vapor y las mismas constantes físicas del agua. Si denominamos P1 y P2 las presiones de vapor de la sustancia y del agua a la temperatura que hierve su mezcla, y D1 y D2 sus densidades de vapor, los pesos de sustancia y de agua que destilan estarán en la relación:

Si el valor de esta fracción es grande, la sustancia destila con poca agua y lo contrario ocurre cuando dicha relación es pequeña.

Por ejemplo, una mezcla de nitrobenceno y de agua hierve a 99ºC bajo una presión de 760 mmHg. La tensión de vapor de agua a esa temperatura es de 733 mmHg, de manera que la tensión de vapor del nitrobenceno será 760 – 733 = 27 mmHg. Las densidades del vapor de agua y del nitrobenceno están en la relación 18/123 (la de sus pesos moleculares), de modo que la relación entre los pesos del agua y del nitrobenceno que destilan estarán en la relación (733×18)/(27×123)=3,97. Por lo tanto cada 3,97 gramos de agua se codestilan 1 gramo de nitrobenceno.

También la temperatura del vapor hace que las células y las estructuras vegetales se rompan y liberen más compuestos esenciales.

Es necesario anotar que en este proceso se obtienen en realidad dos productos, uno es el aceite esencial, que ha sido el de interés general por mucho tiempo, pero la fase acuosa que se

condensa y que muchas veces se recircula al calderín para reutilizar el agua, también puede contener sustancias odoríferas y de interés, a este producto se le conoce como hidrosol y existen algunos hidrosoles que son de interés en la industria de aromas, bien sea como ingrediente o como precursores de otras clases de productos.

HidrodestilaciónEn este método, el material a extraer está completamente sumergido en agua, la cual es calentada hasta ebullición, bien sea a través de fuego directo o a través de algún método de calefacción (chaquetas o serpentines de vapor o resistencias eléctricas). La característica principal de este proceso es el contacto directo entre el agua en ebullición y el material.

Es necesario mantener una agitación constante en este proceso, pues se puede generar acumulación de material solido en el fondo y este degradarse térmicamente, lo que afectara la calidad del extracto obtenido. También es necesario determinar a través de ensayos de laboratorio si es necesaria la disminución del tamaño de partícula del material a trabajar, lo cual es una de las grandes ventajas de este proceso, ya que permite trabajar tamaños de partícula pequeños sin el inconveniente de la generación de caminos por los cuales, en el caso de la destilación con arrastre de vapor, se pueden generar si el material es muy fino. En este caso, el material se dispersa en el agua y se mantiene disperso bien sea por agitación mecánica o por el mismo movimiento generado por la ebullición del agua. El proceso termina, cuando el volumen del aceite esencial acumulado en el florentino no varíe con el tiempo. La velocidad de obtención del aceite disminuye, más rápidamente, conforme el tiempo transcurre.

Es uno de los procesos de separación de más fácil montaje a nivel industrial, ya que la cantidad de equipos necesarios es menor en comparación a la destilación con arrastre de vapor.

Se realiza en modo semi-continuo. La carga de la materia prima se hace por lotes. El flujo del vapor de agua, seco o saturado, es continuo. La decantación también es continua. Los hidrodestiladores piloto e industriales no están aislados térmicamente. A nivel de laboratorio, los hidrodestiladores suelen estar aislados parcialmente.

Diagrama general de un sistema de hidrodestilación a nivel industria

Ventajas

         Fácil montaje a comparación de la destilación con arrastre con vapor

         Fácil manejo de sustancias con tamaño de partícula pequeño, como por ejemplo, pulverizados.

Desventajas

         Algunos componentes de los aceites esenciales como esteres son sensibles a la hidrolisis, algunos monoterpenos y aldehídos pueden polimerizar.

         Compuestos oxigenados como fenoles tienen tendencia a ser solubles en agua, así que no pueden ser recuperados fácilmente.

         Es una operación más lenta que la destilación con arrastre de vapor

Extracción de aceites esenciales por expresión.

La expresión o presión en frio, solo se usa en la extracción de aceites cítricos. En este proceso, las glándulas de aceite presentes en la cascara de los cítricos son sometidas a presión mecánica,

siendo aplastadas, liberando el aceite esencial. Un método antiguo de extracción era el spugna, que consistía en partir la fruta por la mitad, posteriormente se despulpaba con la ayuda de un instrumento en forma de cuchara, llamado rastrello. El aceite era extraído bien presionando la piel contra una pieza de arcilla cocida llamada concolina que era colocada bajo una esponja natural o presionando la cascara junto con la esponja. Por último, la esponja humectada era exprimida para extraer el aceite.

Otro método utilizado era el scodella, este usaba un cuenco o recipiente poco profundo de cobre un tubo central, donde la piel era presionada hasta la extracción del aceite esencial, el líquido se escapaba por el hueco en el centro y caía a un contenedor inferior donde el aceite se separaba por decantación.

Ambos métodos tenían la seria desventaja de ser manuales, por lo tanto imprácticos, así que se han diseñado máquinas y procesos para aumentar la productividad de estos procesos.

Después de la condensación se pueden diferenciar debido a la diferencia de densidades y es posible separarlo por decantación. El rendimiento de un aceite esencial, basada en la cantidad de material vegetal usada, se encuentra en el rango de 0.1 a 1 % o menos.

http://democritus.me/2007/10/03/destilacion-por-arrastre-con-vapor-los-fundamentos/

http://datateca.unad.edu.co/contenidos/401552/Capitulo_4/43extraccin_por_mtodos_mecnicos.html

http://www.anipam.es/downloads/43/hidrodestilacion-de-aceites-esenciales.pdf