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rondo Ngonal de iencia y Tecnología
Caracterización y aprovechamiento del extracto y aceite esencial de apio (Apium graveolens), para uso farmacéutico, a través de
un proceso de destilación a nivel de planta piloto.
Investigadores: Ing. Qco. José Eduardo Calderón García
Br. Jugn Carlos Castañeda Molina Br. Herbert Roberto Romero E m o
Unidad Ejecutara: Centro de investigaciones de la facultad de ingeniería, USAC Periodo: 2 de septiembre al 3 0 de noviembre del 2002.y del 1 de enero al 3 0 de octubre del 2003
Página
. ........................................................................... 1 Resumen 1 . . ...................................................................... . 2 Introduccion -2
........................................................................... 3 . Objetivos 4
..................................................................... 4 . Antecedentes -5
...................................................................... 5 . Metodología 14
....................................................................... . 6 Resultados -18
........................................................ . 7 Discusión de resultados -21
..................................................................... . 8 Conclusiones -23
9 . Recomendaciones ............................................................... 24
10 . Bibliografía ...................................................................... 25 . . ........................................................................ 1 1 . Apendices -26
Apéndice A Datos, cálculos y tabulaciones para extracción de
........................................................ Aceite esencial de apio 27
Apéndice B Datos, cálculos y tabulaciones para el cocido de
Apio ............................................................................... 32
Apéndice C Datos, cálculo y tabulaciones para el concentrado de
............................................................................... Apio 34
Apéndice D Fotos del equipo y productos .................................... 37
Apéndice E Estado Financiero del proyecto ................................. 40
Apéndice F Análisis cromatográficos del aceite esencial de hojas
de apio y análisis fotoquímicos del extracto acuoso de hojas de
apio, extracto acuoso de tallo de apio, extracto etanólico de hojas
de apio y extracto etanólico de tallos de apio ............................. 41
E l uso de productos medicinales alternativos va aumentando día a día. Con ellos se
obtienen los mismos resultados que con productos farmacéuticos y su origen natural los
hace mas atractivos al consumidor. E l apio es una planta bastante cultivada en Guatemala
cuyo consumo es muy recomendado a personas con problemas con alta presión sanguínea,
además es utilizado como un sedante menor y también como diurético.
Con la presente investigación se obtuvo un producto medicinal de origen natural que
es una nueva opción para aquellos que padecen de presión alta o necesitan de un diurético.
Inicialmente se iba a elaborar un jarabe pero debido a que el extracto de las hojas de apio
resultó ser insoluble en agua, se optó por realizar una suspensión. Su presentación es en un
frasco color ámbar de 250 m1 con una etiqueta con los logotipos del CII y del CONCM.
Además se determinó el costo de producción de esta suspensión
Para la realización de la suspensión se utilizó el extracto acuoso de hojas de apio,
que luego de comparar con los extractos etanólicos de hoja y tallo, se observó que contenía
la mayor cantidad de componentes activos. La suspensión llevó una serie de otros
componentes.
E l objetivo específico, obtención de aceite esencial a partir de tallos y hojas de apio
para la preparación de un medicamento líquido, no se pudo cumplir ya que al realizar la
extracción en tallos no se encontró aceite esencial y en las hojas se encontró un 0.04% en
masa, lo que no hace rentable comercialmente su extracción. Por lo anterior, no se llevo a I
cabo la formulación del medicamento líquido.
El apio es una hortaliza cuyo tallo se usa para cocinar, pero sus hojas se remueven y
se tiran. Se conoce que esta planta tiene propiedades antihipertensivas, diuréticas y como
sedante menor, y con éste proyecto de investigación ubicado dentro de la línea del Fondo
de Desarrollo Científico y Tecnológico (FODECYT) del Consejo Nacional de Ciencia y
Tecnología (CONCM), se extrajeron los componentes activos de las hojas y tallos de apio
que le dan las propiedades anteriormente mencionadas para obtener un producto medicinal
alternativo.
E l objetivo principal del proyecto era el de obtener un producto natural que utilice
como materia prima una hortaliza cultivada en Guatemala buscando e l aprovechamiento de
sus hojas puesto que no son utilizadas.
La materia prima (apio fresco) se compró a Horticultores Nacionales S.A en el km
29.5 San Lucas Sacatepequez, Sacatepequez y se transportaba a las instalaciones de la
Planta Piloto donde se sometía a los diferentes procesos de extracción.
E l aceite esencial de las hojas de apio fresco se extrajo mediante arrastre con vapor
y se recuperó con una trampa hexánica debido a que la cantidad de aceite presente es muy
pequeña. E l hexano se rotaevaporó posteriormente para obtener el aceite esencial. Para
obtener los extractos se hicieron decocciones del tallo y las hojas del apio con agua y con
alcohol etilico, las cuales se evaporaron al vacío para su concentración y posteriormente se I
analizaron para determinar los metabditos secundarios presentes y con ellos establecer los
usos y cantidades apropiadas del medicamento.
Los procesos de extracción se realizaron en la Planta Piloto de Extracción-
Destilación del Centro de Investigaciones de Ingeniería de la Facultad de Ingeniería de
la Universidad de San Carlos de Guatemala (CII/USAC) y los análisis se llevaron a cabo
en el Laboratorio de Investigación de Productos Naturales (LIPRONAT) de la Facultad
de Ciencias Químicas y Farmacia de la Universidad de San Carlos.
Objetivos Generales:
Obtención de un producto con propiedades fitoterapeuticas a partir de apio (Apium
graveolens), para uso en la industria farmacéutica, como alternativa de un producto
diurético y tranquilizante menor, en presentaciones de jarabe y aceite esencial para
suministrarse por medio de gotas.
Aprovechar el cultivo de un producto tradicional de Guatemala, como lo es el apio, para
proporcionarle mayor valor agregado, utilizándose en la industria farmacéutica además
de su uso alimenticio, promoviendo el consumo de los guatemaltecos.
Objetivos Específicos:
Obtener aceite esencial a partir de tallos y hojas de apio para la realizacion de un
medicamento liquido para suministrarse por medio de gotas
Obtener un extracto acuoso a partir de hojas y tallos de apio para la preparacion de un
jarabe con propiedades diureticas y como tranquilizante menor.
Establecer las variables de rendimiento en el proceso de extraccion de aceite esencial y
un extracto acuoso de apio a nivel de planta piloto.
Determinar los costos de produccion del medicamento a nivel de planta piloto.
Realizar un tamizado para determinar los componentes activos de los productos
obtenidos y con ello establecer la posologia y dosificacion adecuadas.
Cultivo del Apio
E l apio es una planta procedente del Mediterráneo, existiendo otros centros
secundarios como el Cáucaso y la zona del Himalaya. Se conocía en e l antiguo Egipto
y su uso como hortaliza se desarrolló en la Edad Media y actualmente es consumido
tanto en Europa como en América.
En Guatemala, el apio es cultivado en las regiones departamentales
dedicadas a hortalizas, como Sacatepequez, principalmente, Guatemala, y
Chimaltenango.
El apio pertenece a la familia de Umbeliferae; se distinguen dos variedades
botánicas: Apium graveolens var. dulce y Apium graveolens var. rapaceum; este
último es el apio-nabo. Tiene raíz pivotante, potente y profunda, con raíces
secundarias superficiales. Del cuello de la raíz brotan tallos herbáceos que alcanzan
de 30 a 80 cm de altura.
Las hojas son grandes que brotan en forma de corona; el peciolo es una
penca muy gruesa y carnosa que se prolonga en gran parte del limbo. En el segundo
año emite el tallo floral, con flores blancas o moradas y su fruto es un aquenio. La
semilla tiene una facultad germinativa media de 5 años; en un gramo de semilla
entran aproximadamente 2.500 unidades.
La floración en el apio se motiva principalmente por la acción de
temperaturas vernalizantes durante un cierto tiempo (normalmente temperaturas
por debajo de 7°C a 10°C, actuando por un período comprendido entre 14 y 28 días),
cuando la planta ya tiene un cierto tamaño, momento en que es capaz de recibir el
I estímulo vernalizador. Desde que se planta hasta que se recolecta tiene una
duración aproxima-da de 4 meses.
Es un cultivo de clima templado, necesita luminosidad para su crecimiento
y al aire libre no soporta los fnos del invierno en las zonas del interior: cuando la
planta está en el periodo de desarrollo, si ocurre una disminución fuerte de
temperatura durante algunos días, puede dar lugar a que la planta florezca antes de
tiempo; problema que se ve disminuido cuando el suelo está acolchado con lamina
de plástico.
Las temperaturas dependen de la fase de cultivo:
Fase de semillero: siembra entre 1 7 y 20°C. Se debe garantizar
una temperatura mínima de 13-15°C para evitar la inducción floral
prematura.
Fase de campo: durante el primer tercio del cultivo la
temperatura ideal está en torno a 16-20°C. Posteriormente se
acomoda a temperaturas inferiores a estas, pero superiores siempre a
8-10°C. Temperaturas mínimas frecuentes próximas a 5°C producen
pecíolos quebradizos.
E l apio no es demasiado exigente en suelos, siempre que no sean
excesivamente húmedos. Requiere un suelo profundo, ya que el sistema radicular
alcanza gran longitud vertical. E l pH debe estar rondando la neutralidad. Es exigente
en boro, por lo que este elemento no debe faltar en el suelo.
Soporta mal la salinidad, tanto del suelo como del agua de riego. Este cultivo
es exigente en humedad del suelo, pero sin que llegue a ser exagerada; los riegos
deben permitir que e l suelo esté en un estado perfecto de humedad de tempero. Si
el suelo sufre sequedad da lugar a un embastecimiento de los tejidos y, por tanto, a
una perdida de calidad.
Las variedades de apio hay que diferenciarlas en dos grandes grupos:
variedades verdes, que necesitan la práctica de blanqueo s i se quieren obtener 1
pencas blancas, y variedades amariUas que no necesitan de esa práctica.
Dentro de estas dos modalidades hay que distinguir las características
siguientes: resistencia a la "subida" a flor, grueso de las pencas, altura de las
pencas, peso medio de la planta, número medio de pencas por planta.
O Variedades verdes: son variedades rústicas, de fuerte crecimiento
vegetativo y más fáciles de cultivar. Entre las más utilizadas destacan:
De Elne (raza Isel), Pascal, Repager R. (raza Istar), Florida 683 y Utah-
52-70 R.
O Variedades amarillas: su cultivo resulta más dificultosa. Son más
apreciadas en los grandes mercados. Estas variedades se blanquean
por sí solas: Celebrity, Golden Spartan, Light, Dore Chemin y Golden
Boy son las más comunes.
La siembra se realiza en función del ciclo productivo (invierno y verano).
Cuando la plántula alcanza los 15 cm de altura y a desarrollado 3 ó 4 hojas
verdaderas, con una longitud de pecíolo de unos 10 cm y de limbo de hoja de 4 a 5
cm, está lista para e l trasplante, siempre que tenga una adecuado crecimiento
radical. Si la plántula alcanza un desarrollo excesivo de la pare aérea en las primeras
fases de semillero, hay que practicar una poda a unos 10 ó 12 cm de altura, para
evitar descompensaciones en la planta entre la parte aérea y subterránea.
Propiedades atribuidas al Apio
E l apio se considera un ve2etal verde y crujiente, muy apetecido en ensaladas. Se
considera que la raíz del apio, las hojas y las semillas de la planta ofrecen beneficios I
medicinales. El jugo de apio y el extracto de la semilla se han tomado como diuréticos
coadywando en el flujo adecuado de la orina a través de los riñones.
Aparte de su uso como diurético natural, se le ha asociado en el tratamiento natural
del sistema digestivo y e l apetito, el alivio de los síntomas de reumatismo especialmente en
artritis reumatóidea, donde se presente un cuadro de depresión mental asociado, y de la
gota. Se ha asociado al apio también con la promoción de la menstruación. Los estudios
recientes han demostrado que ciertos productos químicos en semillas del apio pueden
ayudar con la tensión arterial alta, la artritis, y la ansiedad. Los estudios hechos en ratones
del laboratorio han demostrado que algunos productos químicos dentro de la semilla pueden
ayudar con la prevención del cáncer. Concluyendo también que ciertos productos químicos
en la semilla del apio ayudan a bajar la tensión arterial. E l apio es también rico en calcio,
otro coadyuvante en bajar la presión arterial.
En la siguiente tabla se presentan las propiedades nutricionales del apio:
~=
b l o r nutricional del apio en 100 g de materia fresca 1 I - .- 1 ...... i /Calorías (cal) 17 1 i
- -- i k ----e---" . -- i - . Plúcidos (q) 1 r----*----- - . . -" - " - ~Sodio (mg) 110
Los siguientes son Los constituyentes en 100 gramos de apio hervido.
Constituyentes en 100 2 de apio hervido
Calorías --
Grasa Total
Colesterol
Sodio
Potasio
Carbohidratos totales
Fibra
Proteína
Vitamina A
Vitamina C 1 t 1 t Tiarnina I 0.043 rng
18 9
0 !i!
0 !3
91 rng
284 rng
4 2
1 2
O g
132 UI
6 . 1 1
Calcio
I
42 rng l
Vitamina E 0.36 ATE
I
Ri bof lavi na I
0.047 mg
Niacina
Vitamina B-6
0.319 mg
0.086 rng 1
Foliato 1
I
Magnesio g
22 rncg
Acido Pantoténico I
0.195 rng
Fósforo 25 rng
I
Zinc 0.14 rng
Extracción de principios activos de materia vegetal
Los métodos de extracción utilizados para fabricar extractos vegetales, se pueden
clasificar de la siguiente manera:
Destilación
Destilación con agua
Destilación con vapor
Hidrodifusión
Otros tipos especiales de destilación
Cohobación
Rectificación
Destilación con agua y vapor
Fraccionamiento
Expresión
Expresión con esponja
Écuelle a piquer
Abrasión
Extracción por solvente
Maceración
Enf leurage
Lixiviación
Extracción hipercritica con CO,
Destilación en la fabricación de extractos
Al alquimista y médico árabe Ibn Sina (también conocido como Avicenna), que vivió
entre los años 980 y 1037, se debe el inicio de la destilación con fundamentos científicos,
ya que perfeccionó la destilación de vapor. E l proceso utilizado por Ibn Sina era tan bueno
que permaneció sin cambios por un par de siglos. La destilación convierte el liquido volátil
que se encuentra en la trama de fibras vegetales (los aceites esenciales) en un vapor y
después condensa el vapor nuevamente; es este el método más extendido y rentable en uso
hoy para producir aceites esenciales. E l lado negativo de la destilación es el hecho de que
el calor utilizado en este proceso de extracción, no es apto para su uso en materia vegetal
que posee una baja resistencia al contacto con calor masivo, o donde los aceites se extraen
con gran dificultad.
Cuando este método de extracción se aplica, el gran cuidado se tiene que poner en
la temperatura y el tiempo de exposición al calor para prevenir daño a los aceites de
interés. Este tipo de destilación se puede clasificar en los siguientes términos:
Destilación con agua
Destilación con vapor (por arrastre)
Destilación con agua
En la fabricación de aceites esenciales usando e l método de destilación con agua, el
material vegetal se sumerge totalmente en agua y el alambique se lleva a ebullición. Este
método protege los aceites así extraídos hasta cierto grado, puesto que el agua circundante
actúa como barrera para evitar que se recaliente. Tiene como inconveniente que otros
aceites pueden descomponerse, mezclarse o diluirse.
Destilación con vapor (por arrastre)
Cuando se utiliza la destilación por arrastre de vapor en la fabricación y la 1 extracción de aceites esenciales, se coloca la materia vegetal en un alambique o tanque de
arrastre, y el vapor se hace pasar entre el material a extraer. E l vapor caliente ayuda a
lanzar las moléculas aromáticas del material de la planta, puesto que la energía del vapor
abre los receptáculos en los que se encuentra el aceite esencial de la planta. Las moléculas
de estos aceites volátiles después se escapan del material fibroso vegetal son arrastrados
junto con el vehículo de arrastre.
La temperatura del vapor se debe controlar cuidadosamente. Ésta debe ser apenas
lo suficiente para forzar al aceite esencial fuera de la materia vegetal; pero no deberá ser
demasiado caliente, de tal forma que pueda dañar el material de la planta o el aceite
esencia l.
E l vapor, que entonces contiene el aceite esencial, se pasa a través de un sistema de
enfriamiento para condensar e l vapor, que forma un líquido del cual se separan el aceite
esencial y el agua. E l vapor necesario para el proceso de destilación, se produce a mayor
presión que la atmosférica, por lo que el vehículo ebulle por arriba de los 100 grados
Celsius, lo que facilita la extracción del aceite esencial de la materia vegetal, a una en una
velocidad mayor, lo que previene daños por exposición prolongada al calor en los aceites
esenciales. Algunos aceites, son sensibles al calor (termolábiles) y con este método de
destilación, se evita que e l aceite el aceite esencial se dañe por exposición. Ejemplo de lo
anterior es e l acetato de linalilo, que de no usarse la destilación con vapor, se
descompondría linalool y en ácido acético.
Hidrodifusión
Cuando se extraen los aceites esenciales usando la difusión hidráulica el proceso
vana únicamente en la forma en la que el vapor se inyecta en el alambique. Es decir, que
este es un tipo de destilación con vapor.
Con la difusión hidráulica el vapor se alimenta desde la parte superior del alambique
(tapadera) sobre e l material botánico, en vez de hacerse del fondo como en la destilación
normal con vapor. La condensación del aceite esencial que contiene la mezcla del vapor 1
ocurre debajo del área en la cual se encuentra el material vegetal, mantenido en su lugar
por una parrilla.
La ventaja principal de este método es que se requiere menos vapor, el tiempo de
exposición es más corto y se obtiene una producción mayor de aceite.
Este método se utiliza cuando el aceite se extrae durante la destilación con agua, y
el componente principal (por ejemplo alcohol fenil-etílico), se disuelve en e l agua de la
destilación, y no forma parte del aceite esencial que se extrajo. E l aceite así extraído es,
por lo tanto, incompleto, y es deficiente en este ingrediente odonfero. Para producir un
aceite "completo", el alcohol fenil-etílico se deberá destilar del agua en la cual se disolvió,
y agregarse de nuevo al "aceite incompleto".
a) Diseño de tratamientos
Extracción de aceite esencial. En la obtención del aceite esencial a partir de apio se
evaluaron las siguientes variables.
Estado de la materia prima: Se utilizaron separadamente el tallo y las hojas de apio
fresco con el objeto de determinar la parte en que se muestra mayor rendimiento.
Granulometria: Se evaluó el tamaño de partícula, para determinar la influencia de esta
en el rendimiento de aceite esencial.
Tamaño de lote y rendimiento: Se realizo una cuantificación del tamaño de lote (Medido
en Kg) y el aceite esencial obtenido, para determinar e l rendimiento.
Tiempo de extracción: Se determino el tiempo optimo para la extracción del aceite
esencial, esto a partir de correlacionar tiempo contra cantidad de aceite esencial, de
manera que se pueda encontrar el punto donde ya no es posible extraer aceite
significativamente. Uno de los fines de obtener los datos de dicha variable es poder
realizar cálculos en cuanto al consumo energético de la planta piloto.
Selección de solvente: Se realizaron análisis a nivel laboratorio (análisis cualitativos y
cuantitativos) para determinar cual tiene mayor capacidad de extracción por solubilidad l
y cual de ellos produjo mayor rendimiento. Para luego realizar la extracción a nivel
planta piloto.
Tiempo de maceración: Con el (los) solvente(s) elegido(s) a usar se realizaron análisis
cualitativos y cuantitativos para determinar el mejor tiempo de maceración.
Concentración. Para la concentración se evaluaron las siguientes variables:
Estado de la materia prima: Se utilizaron separadamente el tallo y las hojas de apio
fresco con el objeto de determinar la parte que muestra mayor rendimiento.
Granulometna: Se evaluó el tamaño de partícula, para determinar la influencia de esta
en el rendimiento de la concentración.
E l extracto se transfiere a la unidad de destilación (concentración) y en este punto las
variables analizadas fueron:
Tiempo de concentración
Fracciones que componen el extracto
Temperatura de concentración
Presión de vacío necesaria en la unidad
Por ultimo se efectuaron los análisis fisicoquímicos y cromatográficos necesarios para
tipificar y evaluar la cantidad del concentrado.
b) Descripción del Método
Extracción
E l proceso de extracción es el tratamiento de la sustancia bruta con un disolvente
apropiado que en caso ideal disuelve solo el componente deseado, permaneciendo sin
disolver las demás sustancias. En realidad se obtiene una mezcla de compuestos solubles en
el disolvente empleado. Posteriormente esta mezcla es tratada para separar el componente
de interés de los compuestos indeseados que fueron arrastrados.
Maceración
Consiste en remojar la planta, debidamente fragmentada en un menstruo hasta que
éste penetre en la primera estructura celular ablandando y disolviendo las porciones
solubles. Se puede utilizar cualquier recipiente con tapa que no se ataque con el disolvente,
en éste se coloca la materia prima (materia vegetal), con el disolvente y tapado se deja en
reposo por un periodo de 2 a 14 días con agitación esporádica. Luego se filtra el liquido y se
exprime el residuo. Si el material aun contuviera el principio de interés, se repetirá el
proceso con solvente fresco (puro) tantas veces como sea necesario.
A nivel planta piloto los extractos vegetales se pueden concentrar si se desea o cree
conveniente, transportando el extracto al calderin y efectuar una evaporación al vacío. Esto
con el fin de reducir la temperatura de evaporación del solvente y con ello evitar la
descomposición de los principios activos de interés. E l solvente (luego de separado) se
recupera en el tanque de recuperación de solvente de la unidad. E l solvente obtenido puede
ser utilizado para nuevas extracciónes.
Obtención de Aceite Esencial
La obtención de aceite esencial se realiza por arrastre con vapor de agua. El proceso
es el siguiente: Se coloca la materia prima en una cámara extractora, y por aparte se
calienta agua hasta ebullición. E l vapor obtenido de la evaporación, se hace pasar por la
materia prima en la cámara extractora y arrastra e l aceite esencial. Luego en un
intercambiador de calor, se condensa el vapor y la mezcla se recupera en un vaso florentino 1
(ampolla de decantación continua) y por diferencia de densidades entre el aceite esencial y
el agua, se separan. E l agua que queda por debajo del aceite, contiene una porción disuelta
de la esencia y se conoce como hidrolato.
Los aceites esenciales se caracterizan por su olor, densidad, indice de refracción y
rotación óptica. Para estudios de tipo cualitativo se recurre usualmente a la cromatografía
gaseosa.
c) Preparaciones
Se prepararon 2 productos: Aceite Esencial y Jarabe
Aceite Esencial
Se obtiene directamente por extracción con arrastre de vapor de agua de la materia
prima. Simplemente se recupera al finalizar la extracción o mientras se realiza la
extracción (si hay suficiente).
Suspensión
Para su preparación se utilizó extracto de apio, azúcar, carboximetil celulosa de sodio
(CMC), glicerina y alcohol etílico, que son la base del jarabe; además se utilizará
benzoato de sodio como preservante, color y sabor artificiales.
E l proceso de elaboración consiste en disolver la CMC en agua desionizada a baja
temperatura, se adiciona el colorante y el saborizante. Por aparte se disuelve el azúcar
en agua desionizada también y se mezcla con la base preparada anteriormente. Por
ultimo se agrega el extracto y e l benzoato de sodio.
E l aceite esencial se envasó en viales de 5 mL de color ámbar, y el jarabe se envasó
en frascos de color ámbar de 250 mL. En ambos se coloco etiquetas con el lqot ipo del
Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONCYT) y del Centro de Investigaciones de
ingeniería (C11) así como las propiedades de cada producto y su posdqía (dosificación).
Para el caso del jarabe se utilizó un tapón de rosca plástico.
7. Discusió~ DE RESULTADOS
En los Últimos años el uso de plantas medicinales para la elaboración de
medicamentos ha tenido auge, y la fitoquímica se plantea como un elemento importante
dentro de la industria. Por esa razón, por medio de esta investigación se buscó obtener una
suspensión de un extracto de apio, planta a la que se le atribuye varias propiedades
medicinales (diurético y antihipertensivo), además de determinar las variables de proceso
para la obtención de un extracto de apio a nivel planta piloto. En esta investigación
también se buscó caracterizar el aceite esencial de apio.
Durante la parte experimental del proyecto para la obtención y caracterización del
aceite esencial del apio, se determinó que este solo se encontraba presente en las hojas de
apio y no en e l tallo. Para la obtención del aceite esencial de las hojas de apio se utilizó el
método de arrastre con vapor, siendo necesario el uso de una trampa de hexano de 400 mL.
E l aceite se separó del hexano por medio de un rotavapor, y se obtuvo un rendimiento del
0.04% (porcentaje en masa, de aceite obtenido por cantidad de materia prima). E l tamaño
de lote óptimo para la extracción de aceite puede variar de 2 a 3 kilogramos de hojas, y el
tiempo de extracción recomendado es de 24 min/kg de materia prima. Con los anteriores
parámetros se logró optimizar la obtención de aceite esencial; sin embargo, la
industrialización del aceite esencial de hojas de apio no es recomendable, ya que presenta
un rendimiento bastante bajo.
A pesar del bajo rendimiento de obtención de aceite esencial de hojas de apio, si se
logró caracterizar e l mismo. Se determinó que tenía un densidad de 0.75 g/ml, un índice de
refracción de 1.3842, una ligera acidez (pH entre 6.3 y 6.44 a 25°C) y un punto de
congelación de menos de - 1 5 " C.
Al aceite esencial se le realizó un perfil cromatqrafico en e l Laboratorio de Análisis
Instrumental de la Facultad de Ciencias Químicas y Farmacia, observándose la presencia de
tres componentes: limonelo, 8-cariofileno y felandreno. De estos tres componentes el que
se encuentra en mayor cantidad es el limonelo.
Para la obtención de un extracto de apio con las mejores propiedades y
características, se compararon 4 diferentes combinaciones: extracto acuoso de hojas,
extracto etanólico de hojas, extracto acuoso de tallo y extracto etanólico de tallo. Se l l q ó
a determinar que el mejor extracto es el acuoso de hojas, ya que era el que mayor
metabolitos secundarios contenía, según el perfil cromatográfico realizado en el Laboratorio
de Investigación de Productos Naturales-LIPRONAT- de la Facultad de Ciencias Químicas y
Farmacia de la USAC. En este análisis se evaluaron los metabolitos secundarios más
importantes, encontrándose que en los dos extractos acuosos estaban presentes
flavonoides, saponinas y cumarinas, aunque en mayor cantidad para el extracto acuoso de
hojas. En el caso de los extractos etanólicos, se encontraron presentes únicamente
flavonoides y cumarinas.
La presencia de flavonoides es la que le da las propiedades diuréticas al apio, según
se reporta en Investigación fitoquímica de Olga Lock de Ugaz. También se reporta las
propiedades diuréticas y expectorantes de las saponinas, en Farmacognosia de Karla
Kuklinsk. Las cumarinas poseen también propiedades antihipertensivas, ya que pueden ser
vasodilatadores, con lo que reducen la presión arterial, esto según Karla Kuklinsk.
Para la obtención de los extractos de apio, primero se realizó un cocido de la parte
de la planta a analizar y luego una concentración con vacío. Para el caso de la obtención
del extracto acuoso de hojas, elegido como el mejor extracto, las variables del proceso de
cocción fueron las siguientes: lotes desde 1 a 4 kilogramos de hojas, con 7.42 Litros de agua
por cada kilogramo de hojas, tiempo de cocción de 1/CL hora. Para los demás extractos las
condiciones de cocido fueron las mismas, exceptuando el solvente y la parte de la planta,
esto con el fin de poder compararlos.
Luego de la cocción de las hojas de apio, se procedió a la obtención de un extracto, el
cual se obtuvo por medio de la concentración del cocido antes mencionado. El volumen a
concentrar depende del proceso de cocido (tamaño del lote) y varía desde 15 a 30 Litros, los
cuales se concentran durante 3.48 minutos por cada litro de cocido. La concentración se debe
llevar a cabo a unos 45 "C para que no haya una degradación térmica de los componentes
activos del apio, esto se logra utilizando una bomba de vacío que genere una presión de vacío
de -0.7 bar.
Para obtener un producto medicinal proveniente del apio, se procedió a elaborar una
suspensión de extracto acuoso de hojas de apio y no un jarabe, ya que para la elaboración
de este último es necesario que e l extracto sea completamente soluble en agua, lo cual no
fue posible porque e l extracto contenía algunos sólidos disueltos.
La formulación de la suspensión se llevó a cabo tomando en cuenta las
características requeridas para la misma. En el caso del azúcar, se utilizó para darle sabor
dulce a la suspensión. E l benzoato de sodio se utilizó como preservante, ya que es necesario
que una suspensión tenga una vida de anaquel de por lo menos un año, a temperatura
ambiente. Para espesar la suspensión y darle homogeneidad se utilizó carboximetil celulosa
de sodio-CMC. Para espesar también se utilizó almidón. Para darle la acidez necesaria se
utilizó ácido cítrico anhidro. Como saborizante se utilizó esencia artificial de cereza, y
como colorante al colorante rojo FDBC No.3. Para diluir la suspensión se utilizó agua
potable purificada C.S.P. Y por último como agente activo al extracto acuoso de hojas de
apio. También se le agrqó otros aditivos como glicerina y alcohol etílico al 95%) la primera
para darle cuerpo y suavidad a la suspensión, y e l segundo para acentuarle e l sabor artificial
a la suspensión.
El costo de producción de la suspensión hecha en base al extracto acuoso de apio a
nivel planta piloto, para una presentación de 250 mL, fue de Q. 12.50. Este costo se
reduciría hasta el 70% al producirla a nivel industrial. De igual manera el costo de
producción de aceite esencial que es de Q. 222.22 1 mL de aceite, se reduciría hasta un 70% 1
al producirla a nivel industrial.
1. Se encontró aceite esencial en las hojas de apio, pero no en el tallo.
2. Para la extracción de aceite esencial de hojas de apio, es necesario un tiempo de
24.03 min/Kg de hojas, para lotes entre 2 y 3 kilogramos.
3. Para la obtención de aceite esencial de apio es necesario el uso de una trampa de
hexano de 400 mL
4. Se obtuvo un rendimiento máximo de extracción de aceite esencial de 0.04% en
masa de hojas de apio, por lo que se considera que no es rentable su explotación a
nivel industrial.
5. Se encontró que las principales propiedades fisicoquímicas del aceite esencial
fueron, el índice de refracción de 1.3842, la densidad de 0.7507 g/mL, el pH a 25°C
de 6.3 a 6.44 y el punto de congelación por debajo de los -1 5" C.
6. E l limonelo es el componente que se encuentra presente en mayor cantidad en el
aceite esencial de hojas de apio.
7. E l extracto con mejores características es el obtenido a partir de hojas de apio, y
utilizando como solvente agua.
8. Los metabolitos secundarios mas importantes encontrados en el extracto acouso de
hojas de apio fueron los flavonoides (naringenina, quercetina, ácido clorogénico), las
saponinas (colesterol, saponina) y las cumarinas (cumarina, ácido p-cumárico).
9. El tiempo necesario para la concentración de cocido de apio es de 3.84 min/litro de
cocido, y la temperatura para la concentración debe ser de 45"C, con una presión de
vacío de -0.7 bar.
10. EL costo de producción de la suspensión hecha en base al extracto acuoso de apio a
nivel planta piloto, para una presentación de 250 mL, fue de Q. 12.50.
11. El costo de producción de aceite esencial de hojas de apio a nivel planta piloto fue
de Q. 222.22 / mL de aceite.
1. Dar a conocer la presente investigación tanto a los productores de apio como a la
industria farmacéutica nacional para aprovechar su potencial medicinal.
2. Buscar más alternativas de aprovechamiento del apio para darle un valor agregado a
esta hortaliza de gran producción en Guatemala.
3. Determinar los mecanismos de obtención de otros productos medicinales alternativos
como pastillas o jarabe a partir del apio
1. Lock Ugaz, Olga. "Investigación fitoquímica, métodos en el estudio de productos
naturales". 2da edición, Fondo Editorial de la Pontificia Universidad Católica del Perú. Perú,
1994.
2. Kuklinski, Claudia. "Farmacognosia, Estudio de las drqas y sustancias medicamentosas de
origen natural". 1 ra edición, Ediciones Omega S.A. España, 2000.
3. Austin, George T. "Manual de procesos químicos en la industria". 5ta edición en ingles, l a
en español, Editorial McGraw-Hill, Tomo II, traducción Matilde Eva Espinoza. México, 1988.
4. De Raflos, W. "Aprovechamiento industrial de los procesos agrícolas" l a edición,
Editoriales SALVAT S.A. Barcelona, 1981.
5. Guenther, E. 'The Essential Oils". Vol. 1, II. D. Van Nostrad Co. Inc. Nueva York, 1956.
6. Puhlow, M. "El gran libro de las plantas medicinales" 6a edición, Editorial Everest.
Traducción J. TOLA Y Joho Herrera. España, 1985.
7. Ques, Font P. "Plantas Medicinales". 9a edición, Editorial Alson. España, 1985.
8. 'The domestic production of essential oils from aromatic plants" bulletin, National Farm
Chemurgic Council, Columbus, Ohio, 1968.
9. Revista de La Gremia de Exportadores de Guatemala, Agosto de 1997.
10. Muñoz, M. (1992) "Destilación pos arrastre con vapor de agua". Practica No. 10,
Experimento No. 1, Guatemala.
1 1. Perry & Chilton. "Manual del Ingeniero Químico" 6a edición, Editorial McGraw-Hill.
México, 1991 .
12. www.sportw.com/salud/fitoterapia/a/afitoterapiaa. htm
13. www.ctv.es/users/fchsl/especias. htm
16. www. puc.cl/sw~educ/hort0498/HTML/p017. html
17. www. hcvn.com/home/home.html
18. www.oviedocomercial.com
19. www.abuela.es.org/platasm/apio.htm
20.www.members.fortunecity.es/natura2001 Iindex. html
Apéndice A
Datos, cálculos y tabulaciones para extracción de aceite esencial de de apio.
A. 1 Datos de tamaño de lote, tiempo de extracción y tipo de materia prima utilizada.
Tiempo de extracción (min)
80
2
1 5 1 0.8 1 Hoias 1 45 1
Materia prima
Tallo v hoias
Corrida
1
3
4
Tamaño de lote (Kg)
8.16
7.71 Tallo 92 1 4.54
3.17
6
7
8
1 15 1 3.63 1 Hoias 1 70 1
12
13
14
Hojas 1 80
Hojas 80
1 O 3 Hoias 75
2.64
2.49
2.72
Hojas
3.5
3.5
3.5
16
17
18
80
Hojas
Hojas
Hojas
81
60
70 --
Hojas
Hojas PPPP
Hoias
Tabla No. 1 Tabulaciones de tamaño de lote, tipo de materia prima y tiempo de extracción de las corridas de extracción de aceite esencial de apio.
3.63
3.63
3.63
70
70
70
Hojas
Hojas
Hojas
70
70
70
A.2 Datos de volumen de hexano utilizado en cada corrida de extracción de aceite esencial de hojas de apio.
18 1 400 / Tabla No. 2 Tabulaciones de volumen de hexano utilizado para cada corrida de extracción
de aceite esencial de apio.
A.3 Datos de volumen de aceite esencial recuperado a partir de la materia prima y tamaño de lote.
Aceite recuperado
Tamaño de lote
Corrida
1
Materia
2
3
4
(Kg)
8.16
5
6
16 1 3.63 1 Hojas 1.5 1
7.71
4.54
3.17
7
8
9
1 O
11
prima Tallo y hoias
0.8
2.64
@-u O
Tallo
Hojas ---- Hojas
2.49
2.72
2.5
3
4
17 1 3.63 1 Hojas
prima y tamaño del lote.
O
O
O
Hojas
Hojas
1.4
18 1 3.63 ( Hojas
A.4 Medidas de tendencia central para e l tamaño de lote, Tiempo de extracción, I volumen de hexano, y aceite recuperado.
0.7
0.7
Hojas
Hojas
Hojas ---- Hojas
Hojas pppp
1 1 1
1.4 1
Aceite recuperado (mL)
0.8
0.6
0.7
0.8
1.6
Tabla No. 3 Tabulaciones del volumen de aceite esencial recuperado a partir de la materia
Moda: 1.4 Media: 3.18 Vananza: 0.131 6 Desviación estándar: 0.3629
Tamaño de lote (Kg) Moda: 6.63 Media: 3.18 Varianza: 3.004 Desviación estándar: 1.7331
Tiempo de extracción (rnin)
Moda: 70 Media: 76.43 Varianza: 97.19 Desviación estándar: 9.8586
A.5 Graficas que representan el comportamiento del lote en la extracción de aceite esencial de apio
Masa Vrs Tiempo de extracción
T m a b de lote (Kg) .-. ~ ~ ... .-p.-.. - ~~ - -- ~ ~~~ ..
Figura No. 7 Grafica que representa el tiempo de concentración en función del tamaño del lote.
Vol unen de &te recuperado Vrs tamaño & lote
TmWo de lote (m) - - - -p- - - --- -- - - - - - - - - - - . - - - l
Figura No.2 Grafica que representa el volumen de aceite esencial de hojas de apio en función del tamafio del lote.
Vol unen de aceite recuperado Vrs Tienpo de extracción
I - l
- - - -- - - - J
Figura No.3 Grafica que representa el volumen de aceite esencial de hojas de apio en función del tiempo de extracción
Apéndice €3
Datos, cálculos y tabulaciones para el cocido de apio.
B. 1 Datos de tamaño de lote, tiempo de concentración, tipo de solvente utilizado y tipo de materia prima utilizada.
0.2 Datos de volumen utilizado en función del solvente y materia prima utilizado.
1 Corrida 1 Materia 1 Solvente 1 Volumen 1
9 Tabla No. 4 Tabuiaciones de tamafio de lote, tipo de materia prima, tiempo de extracción
y tipo de solvente de las corridas de cocción de hojas y tallos de apio
4.08 Hojas
Hojas Tallos Tallos Etanol Hojas Agua 27 Hoias Etanol 27
1
30 Agua
prima Hojas
7 8 , I
Agua
#
Tallos Tallos
9
inicial (L) 15
Agua Etanol
Tabla No. 5 Tabulaciones de volumen utilizado en función de solvente y materia prima utilizado de las corridas de cocción de hojas y tallos de apio.
Hojas
27 27
Agua 27
B.3 Medidas de tendencia central para e l tamaño de lote y volumen inicial para el cocido de apio.
Tamaño de lote (Kg) Moda: 4.08 Media: 3.53 Varianza: 1 .O1 30 Desviación estándar: 1 .O065
Volumen inicial (L) Moda: 27 Media: 26.2 Varianza: 30.2777 Desviación estándar: 5.5025
8.4 Gráficas que representan el comportamiento del lote la realización de cocido.
M asa Vrs Volumen agregado
1
Tamaño de lote (Kg) I 1 - _ -- -_ _ I
p. -- -- - -- --
Figura N O . ~ Grafica que representa el volumen de solvente agregado en función del tamaño del lote.
Apéndice C
Datos, cálculos y tabulaciones para e l concentrado de apio
C. 1 Datos de volumen del lote (Volumen inicial), tipo de materia prima y tipo de solvente.
Tabla No. 6 Tabulaciones de volumen utilizado (volumen inicial) en función de solvente y materia prima.
C.2 Datos del volumen final y tiempo de concentración en función de la materia prima y solvente utilizado.
9IHojas (Agua 1.51 92 / Tabla No. 7 Tabulaciones de volumen final y tiempo de concentración en función de
solvente y materia primo.
1 1
9IHojas ]Agua -0.71 46 Tabla No. 8 Tabulaciones de la presión de vacío y temperatura en función de la materia
prima y solvente utilizado.
C.3 Medidas de tendencia central para el tamaño de lote, Tiempo de extracción, volumen de hexano, y aceite recuperado.
Volumen inicial (L)
Moda: 25 Media: 24.6 Varianza: 23.61 Desviación estándar: 4.86
Volumen final (L)
Moda: 1.4 Media: 1.19 Varianza: 0.5867 Desviación estándar: 0.7659
Tiempo de concentración {min)
1
Moda: 80 Media: 94.5 Varianza: 99.25 Desviación estándar: 9.96
C.4 Gráficas que representan el comportamiento de la concentración de los cocidos de apio.
Volunen final Vrs Volunen inicial
O 5 1 O 15 20 25 30 35 ~ l
Volunen iriicid (L) 1 l
Figura No.5 Grafica que representa el volumen final de al concentración en función del volumen inicial.
Ti- de concentracion Vrs Volunen inicial
Volunen find (L) -- - - - - -- -- - - - - -- -- - - -
Figura No.6 Grafica que representa el tiempo de concentración en función del volumen inicial.
Apéndice D
Fotos del equipo y proaucros
Figura No. 1 Vista frontal del Concentrador
Figura No.2 Vista frontal del Coric~ntradnr
Figura No.3 Vista frontal de la caldera
Figura No.4 Vista frontal del concentradoi
~i&;a No. 5 Vista Lateral del concentrador
Apéndice E
ESTADO FINANCIERO
Nombre del Proyecto Caracterización y aprovechamiento del extracto del aceite esencial del Apio (Apium Graveolens) para uso Fitofamacéutiw, a través de un proceso de destilación a nivel de Planta Piloto
Número de proyecto: Investigador Principal: Monto autorizado: Fecha de Inicio y Finalización:
41-01 Ing. José Eduardo Calderón Garcia Q.143,880.00
02-Sep-02 02-Oct-03
1 1 181 l~studios, investigaciones y proy, de Fact. 1 Q.74,800.00 1 1 1 Q.74.800.00 ) Q.o.00 1 2 1 IMateriales y Suministros
1 21 4 1Produc. Agroforestales, madera, corcho. I 1 Q.7,000.00 1 Q.2,360.71 1 1 Q.469.50 ( Q.4,169.79
En Ejecución Asignación Presupuesta
ria
Gru
po ejecutado
TRANSFERENCIA -
1 1 261 l~lementos y compuestos quimicos 1 Q.2,000.00 1 1 Q.1,000.00 1 262 l~ombustibles y Lubricantes 1 Q.4,000.00 1 Q.l.OOO.OO (
1 297 IÚtiles, accesorios y mat. Eléctricos 1 Q.1,000.00 ) ) 1 Q.476.61 1 Q.523.39 1
Pendiente de ejecutar
Menos(-)
( Q.2,000.00 y de Lab. 1
3 1 \propiedad, Planta y Equipo 1 323 l~qu ipo médico-sanitario y de Laboratorio 1 Q.15,000.00 / 1 Q.6500 ( ~.15-
Ren glon
l
Mas(+)
Q.47.50 Q.1,017.10
/ 329 /otras Maquinarias y equipo 1 Q.250.00 1 1 Q.250.00 1 1 914 I~as tos no Previstos (5%) 1 Q.1,000.00 1 Q.315.00 1 1 Q.330.00 1 Q.355.00 1
Nombre del Gasto
Q.2,952.50 Q.1,982.90
Q 1,360 71
1 (-) IGastos Administrativ
Q.94.00 / Q. 1,906.00 Q.81.79 1 Q.1,278.92
Monto Autorizado ( - ) Ejecutado
Sub-Total
( - ) Apertura de Caja Chica r(:)rAC PENDIENTE DE EJECUCION
Apéndice F
Análisis cromatograficos del aceite esencial de hojas de apio y análisis fotoquímicos del extracto acuoso de hojas de apio, extracto acuoso de tallo de apio, extracto etanolico de hojas de apio y extracto etanolico de tallos de apio.
Uh'IVECSiUN3 DE VAN CAiíLOS
DE CUATEXIALA
FACULTAD DE Cü. QQ. Y FmIACIIP Edificio "T-12"
Ciudad Universitaria, zona 12 Guatemala, Ccntroam6rica
UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA FACULTAD DE CC.QQ. Y FARMACIA, ESCUELA DE QUIhrlICA
UNIDAD DE ANALISIS INSTRUMENTAL -UAI-
Teléfono Directo: 476-9834
Il DIRECCION: Ciudad de Guatemala.
l No. RECIBO
NOMBRE SOLICITANTE: Ing. Eduardo Calderón
1
DESCRIPCION Y PROCEDENCIA DE LAS MUESTRAS:
l TELEFONO: 4763992
Extracto Acuoso de Apio.
NLT: 841555-4
' ANALISIS SOLICITADO: Perfíí Cromatografico
1 1
COSTO TOTAL
, RECIBIDO POR: PJ
1 Q. 250.00 Una
No(s) Registro: o x n o ~ 90
Q. 250.00 l 1
UKII~EliCliIAD DE SAN CMLOS
DE GUATEhlALA
FACULTAD DE CC. QQ. P FARnIACIA Edificio "T-12"
Ciudad Universitaria. zona 12 Guatemala. Cenboam&rica
LTNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEAMALA FACULTi4D DE CC-QQ. Y FARnliACIA, ESCUELA DE QUIhlIClZ
UNIDAD DE ANALISIS INSTRUMENTAL -UAI-
Teléfoiio Directo: 476-9844
EMPRES AíiNSTITUCION: SENACYT
1 DIRECCION: Ciudad de Guatemah.
NObIí3RE SOLICITANTE? Ing. Eduardo Calderón
NIT: 841585-4 NO. RECIBO
DESCRIPCION Y PROCEDENCIA DE LAS MITESTRAS:
Extracto Acuoso de Apio.
TELEFONO: 4763992 .
11 ANALISIS SOLICITADO: PerN Cromat~gráfico
CANTIDAD DE MUESTRAS
Una
RECIBIDO POR: PJ Fecha: 05/09/2003
COSTO/ANÁLISIS Q. 250.00
No(s) Regstro : n x n ~ i 3 ~
COSTO TOTAL Q. 250.00
Laboratorio de Investigación de Productos Naturales (LIPRONAT)
Perfil Crornatográfico de Extracto acuoso de Apio
Solicitante: Facultad de Ingeniería Química Fecha de ingreso: 01/09/03 No. de Informe L-114
Técnica: Ensayos macro y semimicro (EM), reacciones de coloración y precipitación, y croinatografia en capa fina (CCF) para realizar el tamizaje fitoqiiímico del extracto.
Características de la muestra: Ex-acto fiiiido, color verde, olor característico.
Resultados: Extracto acuoso de apio hoja
Antocianinas / --- 1 ____ 1 1
Metabolitos 1 RESULTADOS
Alcaloides Saponinas
Estándares: Flavonoides: naringenina, quercetina, ácido clorogénico, nitina AlcaIoides: papaverina, atropina Saponinas: colesteroI, sapoliinas Antocianinas: rojo de sudan Cuinarinas: cuinarina, ácido p-cumárico
RESULTADOS CCF (Rf) 0.5,0.58
Analizados Flavonoides
Estándar
0.48; 0.58 EM cc-t --- +++
-- / 0.56 0.17,0.35,0.41,0.49 10.72
Laboratorio de Investigación de Productos Naturales (LIPRONAT)
Perfil Cromatográfico de Extractos de Apio
Solicitante: Facultad de Ingeniería Química Fecha de ingreso: 02/04/03 No. Informe: L-113
Técnica: Ensayos macro y semimicro (EM); reacciones de coloración y precipitación, y cromatografia en capa fina (CCF) para realizar el tamizaje fitoquímico de los extractos.
Características de la muestra: Extracto fluído, color verde, olor característico.
Resultados:
Metabolitos Analizados
Ext 1: Extracto etanólico tallo Ext 3: Extracto etanólico hoja Ext 2: Extracto acuoso tallo Ext 4: Extracto acuoso hoja Estándares: Flavonoides: naringenina, quercetina, ácido clorogénico. Alcaloides: papaverina. Saponinas: colesterol, saponina.
1 Taninos
Curnarinas: cum-&na, ácido pcumárico.
Resultados EM
Resultados CCF (M i
I --- --- --- --- --- --- --- ---
Laboratorio de Investigación de Prociuctos Naturales (LIPRON AT)
Perfil Croniatográfico de Extractos de Apio
Interpretación de Resuitados: Se realizó el pertil crornatogrático de 4 estractos de apio, se evaluaron los mctabolitos secundarios más iinportantes, encontrándose la presencia de flavonoides, saponinas y cumarinas mediante croinatopaiía en capa fina, al realizar los ensayos macro y semimicro se evidenciaron cambios de coloración, fluorescencia intensa y precipitación para flavonoides y cumarinas; en la evaluación de saponinas mediante la prueba de espuma, no hubo formación de espuma en los extractos etanólicos únicamente en los extractos acuosos de tallo y hoja, siendo más abundante en el extracto acuoso de la hoja. No se evidenció la presencia de alcaloides, aníocianinas, antraquinonas, ni taninos. Existen algunas diferencias entre los extractos ya que las bandas que se presentaron en cada uno de los extractos no son coinpletamente iguales. Para flavonoides y saponinas se presentaron mayor número de bandas en el extracto etanólico tallo. Para flavonoides los estractos etanólico tallo y acuoso tallo presentan bandas con los mismos Rf que el de los estándares, en el caso de las saponinas las bandas del extracto etanólico tallo, etanólico hoja y acuoso tallo presentan similitud al de los estándares.
