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II.. IINNTTRROODDUUCCCCIIOONN
Los aceites esenciales se han usado desde la antigüedad para tratar
enfermedades, en productos de belleza, adoración a varios dioses y hasta en
el proceso de momificación. Estos maravillosos aceites poseen muchas
propiedades beneficiosas. Cada aceite tiene una identidad, un aroma y unas
características propias que muchas veces se usan en la industria de
alimentos.
El limón es muy conocido en la actividad culinaria, en la Industria
alimentaria e incluso en la parte curativa, ya que es un antiséptico,
astringente, calmante, antirreumático, ayuda al sistema nervioso, depurativo
diurético, antianémico, expectorante, ayuda a combatir la acidez
gastrointestinal, antiescorbútico, y tonificante.
El aceite de limón en general es un aceite que se mezcla bien con
otros ingredientes y tiene usos muy variados, siendo un ingrediente de un sin
número de alimentos según los hábitos de consumo .
Pero el limón rugoso no tiene mucha aceptación ni como jugo , ni como
sub productos y es la cáscara que ocupa un buen porcentaje del fruto que
notoriamente tiene un considerable contenido de aceites esenciales, que
desconocemos su rendimiento y sus características fisicoquímicas, que nos
permitan darle uso industrial y medicinal o en todo caso darle uso en la
ingeniería de los alimentos como un producto nutracéutico.
A la fecha no se han reportado investigaciones o estudios realizados, a
esta variedad de limón, ya sea en el producto principal que es el jugo o en los
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sub productos, siendo uno de ellos la cáscara del cual podemos obtener
aceites esenciales.
En nuestra zona la cáscara de limón rugoso son desechadas, esto nos
indica que no se aprovecha íntegramente el sub producto presente en la
cáscara, que es el aceite esencial que tiene gran demanda en nuestro país y
en el exterior, la cual puede ser utilizada para el beneficio económico de la
región, ante lo expuesto nos planteamos los siguientes objetivos:
Caracterizar la materia prima y el sub producto a utilizarse.
Determinar el procesamiento óptimo para la obtención de aceite esencial
a través de destilación en corriente de vapor a partir de cáscara de limón
rugoso.
Caracterización fisicoquímica del aceite esencial obtenido de la cáscara
de limón rugoso (Citrus × limonia).
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IIII.. RREEVVIISSIIÓÓNN BBIIBBLLIIOOGGRRAAFFIICCAA
2.1. Antecedentes
ROTHSTEIN G. E. Y ROLDÁN V. J.C. (2010), manifiestan que dadas
las nuevas tendencias basadas en producción más limpia, cero desperdicios
y productos ³verdes´, muchos productos que hasta ahora sólo son desecho
se han convertido en un factor importante de la industria.
De la intención de contribuir por medio de las corrientes mencionadas al
desarrollo de sistemas productivos más amigables con el ambiente nace este
proyecto que pretende utilizar de una mejor manera el desperdicio de una
empresa productora de zumo: cáscara de naranja. A esta se le hace un
proceso en el cual se le extraen aceites esenciales. Los desperdicios
resultantes del proceso son finalmente utilizados en una planta de
concentrados para animales.
El aceite esencial de la cáscara de la naranja se denomina limoneno,
este producto es utilizado como materia prima para la fabricación de
productos cosméticos, farmacéuticos, químicos, agropecuarios, entre otros.
Existe diversidad de métodos de extracción de acuerdo con la pureza que se
requiera del producto, ya que para cada finalidad la calidad puede variar. El
método de extracción que genera un producto de mayor pureza es por medio
de fluidos supercríticos. El precio del limoneno depende de la calidad del
producto, el cual es determinado por el grado de pureza, siendo tan sensible
que puede llevar a que el proyecto sea viable o no según como se encuentre
el mercado.
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La tecnología para alcanzar mediana o alta pureza es bastante costosa,
lo que ha llevado al usuario final a hacer importación de esta materia prima y
se han dejado de aprovechar las ventajas que se tienen en Colombia para el
cultivo de naranja. Es importante anotar que el proyecto se basa solo en la
extracción de aceite esencial, y los demás procesos que pueden generar
ahorro económico le darán un valor agregado a la cadena, mas no se
involucraron para así hacer el análisis de factibilidad del proyecto como tal.
ALBALADEJO M. Q. (1999) dice que además de las determinaciones
habituales de características físico-químicas del aceite esencial de limón, se
introducen las de color mediante el colorímetro digital, y de densidad,
mediante densímetro electrónico. El estudio gas cromatográfico para
determinar el orden de elución característico, se realiza en columnas
capilares de sílice fundida: OV-101 apolar, CPWax-52-CB muy polar y HP-5
ligeramente polar.
Comparando los resultados, se logra la identificación de setenta y
cuatro componentes, ya que son complementarias en cuanto a separación de
algunos de ellos. Así mismo, se determinan las condiciones cromatográficas
que mejoran la resolución.
Observando las evoluciones de los distintos componentes del aceite
esencial durante la campaña de elaboración, se deducen relaciones entre
constituyentes mayoritaria y minoritaria. Se fijan los valores máximos y
mínimos encontrados para los distintos componentes y los porcentajes por
grupos funcionales para el aceite esencial de limón español.
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La importancia tecnológica y económica que tiene la determinación de
las normas de calidad de un producto como el aceite esencial de limón,
justifica el interés de la presente memoria de Tesis doctoral.
Será preciso que los organismos internacionales determinen, junto con
las normativas comunes de técnicas analíticas hasta ahora recogidas, unas
bases de datos, que permitirán conocer la influencia de los distintos factores
externos sobre las campañas anuales y, en concreto, las relaciones entre
distintos componentes.
Por último se aportan los valores para colaborar en la elaboración de la
norma de calidad para aceite esencial de limón obtenido en España.
2.2. Características del limón
Gracias a la acidez del limón que se cultiva en el Perú, los derivados de
este producto cuentan con características especiales que los hacen más
provechosos frente a los de otros países del mundo.
Nombre vulgar: Limón
Nombre científico: Citrus limonum Risso, Citrus limon (L.) Burm
Familia: Rutáceas
Hábitat: Cultivado por sus frutos y como árbol de jardín en zonas
cálidas mediterráneas junto al mar. Probablemente deriva de las
especie " Citrus medica L.", natural de la India.
El Limonero Citrus limonium es un pequeño arbolillo perteneciente a la
familia de las Rutáceas, de ramas de corteza verde y provistas de espinas.
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Las hojas son elípticas, coriáceas y con el borde finamente dentado. Las
flores son muy olorosas, con los pétalos gruesos y de color blanco, aunque
suelen presentar un tinte rosado en su cara exterior. El fruto, llamado limón,
es ovoide terminado en un mamelón, con una corteza de color amarillo pálido
que puede ser rugosa o lisa. Es más sensible al frio que la mayor parte de los
cítricos, por lo que su cultivo comercial se restringe a áreas con temperaturas
invernales benignas.
El Limón se cultiva ante todo por su sabor ácido. Su jugo, muy rico en
vitamina C, se utiliza en bebidas y tiene varios empleos culinarios. También
se utiliza bastante en gaseosas de marca. Los principales productos
secundarios son el ácido cítrico, que se extrae del jugo, y el aceite del limón,
que se saca de la cáscara.
2.3. Componentes Químicos
Básicamente tiene los siguientes compuestos químicos: l imoneno, citral,
canfeno, pineno, felandreno, citronelal, terpinol, aldehído etílico, acetato, de
linalilo, acetato de geranilo, citropteno.
2.4. Importancia económica y distribución geogr áfica
Principales países productores: Italia, U.S.A., Méjico y España. Le sigue
en importancia a la mandarina española, con una superficie de unas 45.000
hectáreas y una producción de alrededor de 750.00 toneladas, d e las cuales
el 50 % está destinado a la exportación, el 20 % para la industria y el 30 %
restante para consumo en fresco en el mercado nacional. La principal región
productora es Murcia (vega del Segura), que es una zona algo más fresca de
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lo que sería conveniente para la naranja. En Andalucía casi toda la
producción se recoge en Málaga. En cuanto a los costes de producción, ni la
poda ni la recolección son muy representativos, sino que los costes están
asociados a la fertirrigación (presenta numerosas deficiencias en macro y
micronutrientes) y a los tratamientos fitosanitarios.
Los precios obtenidos son similares para las tres especies, al igual que
los rendimientos, aunque resultan algo superiores en mandarina y limón.
2.5. Material Vegetal
2.5.1. Variedades
Los criterios de selección de la variedad se basan en el
contenido de zumo, su calidad, y presencia de semillas. Entre las
variedades destacan: Verna (70 % de la producción; recolección en febrero -
julio), Fino (20 % de la producción; se recolecta de octubre a febrero) y
Eureka.
Verna
Árbol: Vigoroso con pocas espinas; frutos: El peso es de unos
130 gramos. Forma oval. Color exterior amarillo intenso. Pocas semillas.
Corteza gruesa, lo que favorece el transporte y la manipulación .
Recolección de febrero a junio. Puede producir además otra
cosecha en verano de gran interés comercial.
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Fino
Árbol: Muy vigoroso y de tamaño muy grande. Tendencia a la
emisión de brotes con espinas.
Frutos: Tamaño mediano de unos 110 gramos. Forma variable
pueden ser esféricos u ovalados. Sin cuello en la base, mamelón corto y
puntiagudo. Más semillas y piel más fina que la variedad Verna.
Recolección en primavera y segunda temporada (octubre-
febrero). Gran calidad para consumo en fresco y para la industria. Su
característica más importante es la precocidad ya que su permanencia en el
árbol y su resistencia al manipulado son menores que en el Verna.
Eureka
Árbol: Tamaño y vigor medio. Pocas espinas; frutos: Tamaño
mediano a grande de unos 120 gramos de peso. Forma elíptica u oblonga.
Cuello pequeño en la base y mamelón apical delgado. Pocas o ninguna
semilla. Corteza de espesor medio. Zumo muy ácido, pulpa de color verde-
amarillento.
Rápida entrada en producción. Puede producir dos cosechas, la
primera, más importante, se recolecta cuando el Fino o un poco antes.
Variedad muy productiva. Es sensible al frío y al ácaro de las maravillas.
2.5.2. Aplicaciones del Limón (Citrus Limonium)
A partir de la corteza del limón se obtiene la esencia, que es
empleada en perfumería. Las flores proporcionan otra esencia aún más
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apreciada. El zumo es bactericida por excelencia y sirve además para quitar
las manchas de tinta y da brillo al bronce y objetos metálicos, la corteza se
emplea en pastelería.
El aceite esencial del limón (citrus limonium ) es uno de los
aceites más ricos en vitaminas, contiene sobretodo vitamina C y caroteno,
que es un forma de vitamina A. Contiene también terpenos (limoneno,
felandreno, pineno, sequiterpenos, citrol, citronelol, linelol), acetatos de linalol
y geraniol, aldehídos, etc.). La esencia es obtenida presionando la parte
exterior del pericarpio o corteza de la fruta. Son necesarios 4000 limones
para obtener 1 Kg de aceite esencia.
Tiene innumerables propiedades: es el ingrediente básico en la
industria de perfumes y se utiliza además, en jabones, desinfectantes y
productos similares. También tiene importancia en la medicina, tanto por su
sabor como por su efecto calmante del dolor y su valor fisiológico. En caso
de los aditivos, son combinados con los alimentos pa ra producir ciertas
modificaciones que impliquen conservación, color, reforzamiento del sabor y
estabilización, los cuales van a ayudar a efectuar una mejora sorprendente
en nuestros suministros alimenticios, así como a disminuir el trabajo en la
cocina.
2.6. Aceites Esenciales
Los aceites esenciales, son productos químicos que forman las
esencias odoríferas de un gran número de vegetales. El término aceite
esencial se aplica también a las sustancias sintéticas similares preparadas a
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partir del alquitrán de hulla, y a las sustancias semi sintéticas preparadas a
partir de los aceites naturales esenciales. Proceden de las flores, frutos,
hojas, raíces, semillas y corteza de los vegetales. El aceite de espliego, por
ejemplo, procede de una flor, el aceite de pachulí, de una hoja, y el aceite de
naranja, de un fruto.
Ejemplo del aceite esencial procedente de un fruto, se demuestra el
estudio realizado por R. Grosse y otros (2000), donde extraen el aceite
esencial de la naranja cajera citrus.
El aceite esencial recuperado de la piel de naranja se usa en las
industrias de saborizantes, materiales de limpieza, cosmético y perfumes. La
extracción del aceite esencial de la piel de Naranja Cajera se realizó con un
equipo de extracción con CO2 supercrítico, a una temperatura constante de
35º a presiones de 100, 200 y 300 atmósferas y velocidades de flujo de 115 y
litros/minutos en modo estático y estático ± dinámico. Los extractos
obtenidos fueron analizados con un cromatógrafo de gases. Se observa un
mejor rendimiento de extracción a medida que se aumenta el flujo y se
aumenta la presión. Entre los compuestos obtenidos se encuentran:
benzaldehído, terpineno, limoneno, linalool, canfor, acetato de benzilo, nerol,
acetato de linalilo, acetato de geranilo, entre otros.
Los aceites se forman en las partes verdes (con clorofila) del vegetal y
al crecer la planta son transportadas a otros tejidos, en concreto a los brotes
en flor. Se desconoce la función exacta de un aceite esencial en un vegetal;
puede ser para atraer los insectos para la polinización, o para repeler a los
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insectos nocivos, o puede ser simplemente un producto metabólico
intermedio.
Los aceites esenciales son líquidos volátiles, en su mayoría insolubles
en agua, pero fácilmente solubles en alcohol, éter y a ceites vegetales y
minerales. Por lo general no son oleosos al tacto. Pueden agruparse en cinco
clases, dependiendo de su estructura química: alcoholes, ésteres, aldehídos,
cetonas y lactosas y óxidos.
Los aceites esenciales se utilizan para dar sabor y aroma al café, el té,
los vinos y las bebidas alcohólicas. Son los ingredientes básicos en la
industria de los perfumes y se utilizan en jabones, desinfectantes y productos
similares. También tienen importancia en medicina, tanto por su sabor como
por su efecto calmante del dolor y su valor fisiológico.
Los aceites esenciales más importantes están bajo las formas
siguientes:
y Esteres. Principalmente de ácido benzoico, acético, salicílico y
cinámico.
y Alcoholes. Linalol, geraniol, citronelol, terpinol, mentol, b orneol.
y Aldehídos. Citral, citronelal, benzaldehído, cinamaldehído, aldehído
cumínico, vainillina.
y Ácidos. Benzoico, cinámico, mirística, isovalérico todos en estado
libre.
y Fenoles. Eugenol, timol, carvacrol.
y Cetonas. Carvona, mentona, pulegona, irona, fenchona, tujona,
alcanfor, metilnonil cetona, metil heptenona.
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y Esteres. Cíñelo, éter interno (eucaliptol), anetol, safrol.
y lactosas. Cumarina.
y Terpenos. Canfeno, pineno, limoneno, felandreno, cedreno.
y Hidrocarburos. Cimeno, estireno (feniletileno).
2.7. Procesos Químicos para la extracción de aceites esenciales
Los aceites esenciales se obtienen por alguno de los métodos
siguientes: destilación en corriente de vapor, desterpenación, extracción con
disolventes volátiles, expr esión a mano o a máquina y enfleurage, proceso en
el cual se utiliza grasa como disolvente. Hoy los aceites esenciales sintéticos
u obtenidos de fuentes naturales por cualquiera de esos cuatro métodos, se
purifican normalmente por destilación al vacío.
Los aceites esenciales en su mayor parte insolubles en agua y solubles
en disolventes orgánicos, aunque una buena parte del aceite se alcanza a
disolver en agua para proporcionar un intenso olor a la solución. Estos
aceites tiene la volatilidad suficiente para destilarse intactos en la mayor part e
de los casos y también son volátiles con vapor. Varían desde el color amarillo
o café hasta incoloros. Los índices de refracción de los aceites son altos, con
un promedio de 1.5. Estos aceites muestran una gran variedad de actividad
óptica y rotan en ambas direcciones.
Los aceites volátiles se pueden obtener de las plantas o frutos por varios
métodos: por el acto de exprimir, por destilación, por extracción con
disolventes volátiles, por enflurage y por maceración. La mayor parte de los
aceites se obtienen por destilación, generalmente con vapor, pero ciertos
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aceites se pueden dañar con altas temperaturas. Los aceites esenciales de
cítricos, tal como concibe O jeda, y otros (1990) son ³mezclas complejas de
compuestos terpenicos que contienen alrededor de 1 00 componentes´ (p.
336). Los aceites cítricos destilados son de calidad inferior por lo tanto se
obtienen al exprimir Para ciertas flores que no liberan aceite por destilación o
lo hacen con deterioración del aceite, se emplean los tres últimos métodos.
Sin embargo, la extracción con disolventes volátiles, un proceso relativamente
reciente, ha sustituido a la maceración (extracción con grasas calientes) para
todos los propósitos prácticos y está remplazando al enflurage. La extracción
por disolventes es el proceso más avanzado en cuanto al aspecto técnico y
produce olores verdaderamente característicos, pero es más costoso que la
destilación.
2.7.1. La destilación por vapor
Generalmente se lleva a cabo a presión atmosférica: si los
componentes del aceite pueden sufrir hidrólisis, el proceso se efectúa a
presión reducida. Gran parte de la destilación de aceites esenciales se realiza
en el sitio de recolección en alambiques muy toscos. Estos alambiques son
tambores de aceite o cazuelas de cobre transformados y equipados con tubos
condensadores que pasan a través de una tubería de agua. Se cargan los
materiales y agua en el alambique y los materiales secos, extraídos con
destilaciones anteriores, se queman en fuego directo para proporcionar calor.
Su eficiencia es baja, y el aceite se contamina con productos de pirolisis
como acroleína, trimetilamida y sustancias derivadas de la cerosota. Los
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aceites crudos obtenidos de alambiques algunas veces se tratan nuevamente
antes de su uso por rectificación al vacío, por congelación fraccionaria, por
lavados con hidróxido de potasio para eliminar ácidos libres y compuestos
fenólicos, para eliminar aldehídos y cetonas deseadas o no deseadas a
través de la formación de compuestos de adición de sulfito o por formación
de productos insolubles específicos, como la reacción de cloruro de calcio
con geraniol.
2.7.2. Enflurage
El proceso de enflurage es un proceso de extracción de grasas
en frío que se aplica solo en algunos tipos de flores delicadas (Jazmín,
tuberosa, violeta, etc) y que produce aceites que de ninguna forma se
podrían obtener por destilación. La grasa o base consiste en una mezcla
altamente purificada de una parte de sebo y dos partes de manteca, con
0.6% de benzoína como conservador. Este método ya no se emplea de modo
comercial.
Para la obtención del aceite esencial del limón los procesos
utilizados son: El de Expresión, Extracción con disolventes volátiles,
Desterpenación y la destilación al vacío.
2.7.3. Exprimido
Por maquinas puede producirse un aceite casi idéntico al
producto exprimido a mano y es el método aplicado en forma comercial. De
los procesos de exprimir a mano, el proceso de esponja es el más importante,
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ya que produce el aceite de mayor calidad. Aquí la fruta se parte, y la piel se
monda y se sumerge por varias horas; cada cáscara se prensa contra una
esponja y el aceite se absorbe en ella, que se exprime periódicamente. Una
persona puede preparar solo 680 g de aceite de limón por día siguiendo este
método, aunque se practica especialmente en Silicia.
2.7.4. Extracción con disolventes volátiles.
El factor más importante para lograr éxito en este método es la
selección del disolvente.
El disolvente debe:
y Ser selectivo, esto es disolver rápida y totalmente los
componentes odoríferos, con solo una parte mínima de
materia inerte,
y Tener un bajo punto de ebullición.
y Ser químicamente inerte al aceite.
y Evaporase completamente sin dejar cualquier residuo
odorífero.
y Ser de bajo precio, y de ser posible, no inflamable.
Se han empleado muchos disolventes, pero el mejor es el éter
de petróleo altamente purificado y el benceno es el que sigue. El equipo de
extracción es complicado y relativamente costoso; consiste en alambiques
para fraccionar el disolvente, baterías para extraer las flores y recipientes
para concentrar las soluciones de aceites florales. Los dos tipos de
extractores usados son el estacionario y el rotatorio.
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En algunos aceites existe una gran cantidad de terpenos. Esto
sucede especialmente con los aceites de limón y naranja, que contienen
hasta 90% de d ± limoneno en su composición normal. No solo son de poco
valor los terpenos y sesquiterpenos para la fuerza y carácter de los aceites,
sino que también se oxidan y polimerizan rápidamente en reposo para formar
compuestos de un sabor fuerte y semejante a la trementina. Además, los
terpenos son insolubles con la baja intensidad del alcohol empleado como
disolvente, por lo que forman soluciones oscuras que se aclaran con
dificultad. De aquí que sea deseable eliminar los terpenos y sesquiterpenos
de muchos aceites. Este tipo de aceite por ejemplo el de naranja, es 40 veces
más fuerte que el original y produce una solución transparente en el alcohol
diluido.
El aceite tiene ahora una pequeña tendencia a enranciarse,
aunque no tiene la frescura original. Debido a que cada aceite tiene una
composición diferente, la desterpenación requiere de un proceso especial.
Se pueden aplicar dos métodos, ya sea la eliminación de terpenos,
sesquiterpenos y parafinas por destilación fraccionada a presión reducida, o
la extracción de los compuestos oxigenados más solubles, con alcohol diluido
u otros disolventes.
2.7.5. Destilación al Vacío
Es un método para destilar sustancias a temperaturas por
debajo de su punto normal de ebullición es hacer el vacío parcial en el
alambique. Por ejemplo, la anilina puede ser destilada a 100 °C extrayendo el
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93% del aire del alambique. Este método es tan efectivo como la destila ción
por vapor, pero más caro. Cuanto mayor es el grado de vacío, menor es la
temperatura de destilación. Si la destilación se efectúa en un vacío
prácticamente perfecto, el proceso se llama destilación molecular. Este
proceso se usa normalmente en la industria para purificar vitaminas y otros
productos inestables. Se coloca la sustancia en una placa dentro de un
espacio en el que se ha hecho el vacío y se calienta. El condensador es una
placa fría, colocada tan cerca de la primera como sea posible. La mayo r parte
del material pasa por el espacio entre las dos placas, y por lo tanto se pierde
muy poco.
2.8. Aparato de destilación.
Técnicamente el término alambique se aplica al recipiente en el que se
hierven los líquidos durante la destilación, pero a veces se aplica a todo el
aparato, incluyendo la columna fraccionadora, el condensador y el receptor
en el que se recoge el destilado. Este término se extiende también a los
aparatos de destilación destructiva o craqueo. Los alambiques de laboratorio
están hechos normalmente de vidrio, pero los industriales suelen ser de hierro
o acero. En los casos en los que el hierro podría contaminar el producto se
usa a menudo el cobre, y los alambiques pequeños para la destilación de
whisky están hechos por lo general de vidri o y cobre. A veces también se usa
el término retorta para designar a los alambiques.
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IIIIII.. MMAATTEERRIIAALLEESS Y Y MMÉÉTTOODDOOSS
3.1. Lugar de ejecución.
El presente trabajo se realizo en la Universidad Nacional Agraria de la
Selva, situada en la ciudad de Tingo María, provincia de Leoncio Prado,
departamento de Huánuco, con una temperatura promedio anual de 24 ºC y
una variación de temperatura entre 17 ºC Y 32 ºC, con 82% de HR. Se
trabajo en los ambientes del Laboratorio de análisis de alimentos, Laboratorio
de Análisis Sensorial y planta piloto de la Facultad de Ingeniería en industrias
alimentarias.
3.2. Materia prima.
La materia prima empleada para los experimentos preliminares y
definitivos fueron la cascara de limón rugoso, se acopio en fundo ³La Quinta
Bedelía´, ubicado en la localidad de Naranjillo.
3.3. Equipos, materiales y reactivos
3.3.1. Equipos de Laboratorios
y Balanza analítica OH AUS Galaxy 160 sensibilidad 0.0001gGermany.
y Cocina eléctrica de plataforma Barnstead / Thermolyne. U.
S. A.
y Refrigeradora Icebeam Door Cooling LG GR -5392QLC.
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y Desionizador de agua modelo D 7035 (Barnstead)
Germany.
y Espectrofotómetro Genesys 6 (Thermo Electrón
Corporation) U. S. A.
y Homogenizador modelo VORTEX GENIE-2 (Scientific
industrias SITM) U. S. A.
y Centrifuga modelo MIKRO R22 (Hettich Zentrifugen)
Germany.
y Baño maría modelo YCW-010E (Associated With Cannic,
Inc, US A)
y Digestor de proteína. Digest Automat K-438 BÜCHI
labortechnik. AG.
y Equipo Soxhlet, Gerhardt. Germany.
y Bureta automatica.
y Horno Mufla LABOR Müszeripari Müvek temperatura
regulable de 250 °C a 900 °C.
y Secador cilíndrico LABOR Müszeripari Müvek temperatura
regulable de 40 °C a 250 °C.
y Potenciómetro de Inolab. Co, Alemania
y Refractómetro LABOR MIN, Hungria
y pH- metro.
3.3.2. Materiales de laboratorio.
y Tubos de plástico con tapa de 15 y 20 mL.
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20
y Cubetas de poliestireno, Gene Mate (1cm x 1cm x 4.5cm)
y Tubos de ensayo Pirex US A.
y Microtubos (1.5 ± 2.0 mL.)
y Vasos de precipitación (1000 mL., 500 mL. , 100 mL., 50
mL., 10 mL.)
y Fiolas (1000 mL., 500 mL., 100 mL., 50 mL., 10 mL.)
y Gradillas
y Probetas de 10, 100 y 500 mL.
y TermómetrosTips de 200 y 1000 ul.
y Micropipetas regulables de 10 ± 100 Ql y de 100 ± 1000 Ql.
y Matraces erlenmeyer de 50 y 250 mL. Kimax US A
y Campana de desecación con perlas de silicagel.
y Crisoles de porcelana, cap. 50 ml. Haldenwanger Berlín.
y Papel filtro Watman Nº 42
y Espátulas metálicas.
3.3.3. Reactivos y solventes.
y Éter de petróleo
y Cloroformo.
y Acido acético 1N.
y Cloruro de cálcio 1N.
y Nitrato de plata 1%.
y Yoduro de potasio.
y Agua destilada desionizada (H2Odd).
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21
y PBS-Solución buffer (50mM fosfato; 0,9% NaCl, pH 7,4).
y L(+)-ácido ascórbico QP, Sigma Chemical.
y Acido oxálico dihidratado p.a. ASC, ISO. Sigma Chemical.
y Folin-ciocalteus, Merck. Germany.
y Carbonato de Sodio (Na2CO3) p.a. ISO. Scharlau.
y Hexano p.a. Merck. Germany.Acido sulfúricos 95 ± 97% p.a.
Merck. Germany.
y Hidróxido de sodio (NaOH) em lentejas p.a. ISO. Merck.
Germany.
y Ácido clorhídrico fumante 37% p.a. Merck. Germany.
3.4. Métodos de obtención y análisis
3.4.1. Proceso de obtención de aceite esencial de la cáscara de
limón rugoso
Los aceites esenciales de la cáscara de limón rugoso fue
obtenido por destilación en vapor de agua. La operación se hizo para
separar materiales volátiles de los no volátiles. En su forma más
simple, la mezcla es calentada hasta que las sustancias volátiles se
desprendan en forma de vapor, el cual es condensado en un
condensador.
Como sabemos los aceites esenciales constan de un gran
número de componentes, la mayoría de los cuales hierven entre 100 y
150°C si ellos son destilados a temperaturas muy altas, muchos de los
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componentes pueden descomponerse, oxidarse o resinificarse. La
destilación con vapor de agua es un proceso muy suave que ocasiona
pocos cambios drásticos en el aceite esencial, esto debido a que los
líquidos volátile que no son solubles hierven juntos a una temperaturaz
más baja del punto de ebullición que de cada uno en forma aislada. De
esta forma cada componente volátil de un aceite esencial pudo ser
captado por el vapor de agua y la mezcla teniendo un punto de
ebullición ligeramente inferior a 100°C. (ST AMN. 1989).
3.4.2. Caracterización fisicoquímica del aceite esencial de
cáscara de limón rugoso.
Se realizaron algunos análisis para caracterizar el aceite
esencial de la cáscara de limón rugoso, estos análisis fueron:
y Residuo de evaporación, método indicado por
(INDECOPI, 1974).
y Índice de peróxido, método consiste en medir la facilidad
de enranciamiento del aceite.
y Color, método consiste en la determinación organoléptica.
y Índice de acidez, método indicado por (INDECOPI, 1974).
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23
y Índice de refracción, método indicado por (INDECOPI,
1974).
3.5. Metodología experimental
3.5.1. Caracterización de la materia prima y del sub producto
Se realizo los siguientes controles:
y Determinación del tamaño y peso del fruto.
y Determinación de humedad.
y Determinación de proteína total.
y Determinación de cenizas
y Determinación de sólidos totales.
y Determinación del grado de madurez.
y Determinación del pH.
y Determinación de la densidad del jugo.
3.5.2. Proceso de obtención de aceite esencial de la cáscara de
limón rugoso.
Se realizo el proceso de obtención de aceite esencial por el
método de extracción por arrastre de vapor.
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Las operaciones que se realizaron en la extracción de aceite
esencial de cáscara de limón rugoso se indican en el flujograma de la figura
1, como se ve las operaciones realizadas fueron:
y Limpieza
El fruto fue limpiado mediante frotamiento con una tela
remojada en agua fría con el objeto de eliminar toda materia
extraña adherida en el fruto.
y Selección
Se selecciono los frutos verde, maduro y sobre maduro en
buen estado sanitario.
y Pelado
Los frutos fueron pelados manualmente con cuchillos de
acero inoxidable.
y Cortado
Se corto la cáscara en pequeños trozos para aumentar la
superficie de contacto, con la finalidad de facilitar la
extracción.
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Figura 1. Flujo general tentativo para la extracción de aceite esencial de
cáscara de limón rugoso por el método de arrastre de vapor.
y Pesado
Obtenida la cascara cortada se procedió al pesado en una
balanza marca Ohaus, con capacidad de 10 Kg. Se pesaron
cargas de 2 kg, 4 kg y 6kg para cada índice de madurez.
LIMPIEZA
MATERIA PRIMA
SELECCION
CORTADO
PELADO
PESADO
EXTRACCION
SEPARACION
ENVASADO
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y Extracción
La cáscara se acondicionó en el extractor acondicionado
para realizar la operación de destilación a vapor de agua
para arrastrar el aceite esencial.
y Separación
Se realizo por diferencia de densidades, con la ayuda de
una jeringa hipodérmica de inyectar, para extraer el aceite.
y Envasado
Se realizó el envasado en frascos de vidrio de color ámbar
con capacidad de 15 ml.
3.5.3. Caracterización del aceite esencial de la cáscara de limón
rugoso.
Se realizo el análisis fisicoquímico del aceite esencial de la
cáscara de limón rugoso tal como lo indicamos en el acápite 3.4.2.
3.6. Diseño experimental
Para extraer el aceite esencial de la cáscara de limón rugoso por
arrastre de vapor, se considero un diseño experimental de una variable con
tres niveles, considerando tres repeticiones trabajando en tres etapas
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experimentales: primero se trabajo estableciendo el mejor rendimiento según
el índice de madurez manteniendo constante la cantidad, luego se trabajo
con la variable superficie de contacto manteniendo constante la cantidad y
finalmente se trabajo con las cantidades para de esta manera establecer el
flujograma optimo.
En la figura 2 se tiene el diseño experimental, la finalidad de este diseño
fue encontrar el mejor tratamiento en base a la cantidad de aceite extraído en
función al índice de madurez y a la cantidad de la muestra.
Figura 2. Diseño experimental para la extracción de aceite esencial de
cascara de limón rugoso.
CASCARAFRESCA
A2 A3A1
Extracción
Aceite esencialMejor tratamiento
(Rendimiento de aceite)
R1 R2 R3 R1 R2 R3 R1 R2 R3
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En el Diseño experimental
Primera Etapa:
Donde:
A1: Verde R1: 1ra repetición
A2: Maduro R2: 2da repetición
A3: Sobre maduro R3: 3ra repetición
Segunda Etapa:
Donde:
A1: 1,0 cm2. R1: 1ra repetición
A2: 1.5 cm2. R2: 2da repetición
A3: 2,0 cm2. R3: 3ra repetición
Tercera Etapa:
Donde:
A1: 2 kg. R1: 1ra repetición
A2: 4 kg. R2: 2da repetición
A3: 6 kg. R3: 3ra repetición
3.7. Análisis estadístico
Para el análisis estadístico se utilizara el diseño completo al azar,
simple, cuyo modelo aditivo lineal es el siguiente:
Donde:
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= observación el j - ésimo índice de maduración en el i - ésimo
cantidad de muestra.
µ = Medio Poblacional.
i = efecto del ésimo rendimiento por tratamiento.
B j = efecto j - ésimo repetición
Eij = Error experimental
Hipótesis
Nivel de Significancia: = 5 %
H0 = Ai = 0
Hi = Ai � 0
µ1 = µ2 = µ3 = µ
µ1 � µ2 � µ3 � µ
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IIVV.. RREESSUULLTTAADDOOSS Y Y DDIISSCCUUSSIIÓÓNN
4.1. Caracterización del limón rugoso
4.1.1. Grado de madurez
En el Cuadro 1, se muestran los indicadores de madurez del
limón rugoso.
Cuadro 1. Indicadores de madurez del limón rugoso.
5.
Color Fruta pH °Bx A.T (%) I.M
Verde 2,4 6,7 0,86 7,79
Pintona (amarillento) 2,7 7,9 0,88 8,97
Sobremaduro (amarillo
anaranjado)
3,0 8,8 0.92 9,56
A.T = Acidez Titulable I.M = índice de Madurez
La relación °Bx/acidez titulable aumenta cuando avanza la
maduración, a esta relación se le denomina índice de madurez. Para el
desarrollo experimental del presente trabajo, se utilizó limón rugoso pintón
cuyo índice de madurez fue 8,97, este índice coincide con el rango del índice
de madurez de 5,5 a 10 ó mayor a 10 cuando se trata de naranjas, reportado
bibliográficamente por Yúfera (1998).
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4.1.2. Determinación de los componentes
En el Cuadro 2, se muestran los pesos promedios de 3 limones,
en tres estados de madurez (verde, pintón y sobremaduro) escogidos al azar
de un lote de 15 limones.
En este cuadro se aprecia que el contenido de c áscara es
mayor para el limón que se encuentra en estado de madurez pintón con un
contenido de 19,58 % y el menor contenido de cáscara corresponde al limón
sobre maduro con 17,68 %.
Cuadro 2. Componentes del limón rugoso por grado de madurez en gramos
5.
ESTADO DE WX W X % %
MADUREZ Pulpa Cascara Pulpa Cascara
Verde 180,81 34,08 81,15 18,85
Pintón 181,92 35,62 80,42 19,58
Sobre maduro 170,87 30,20 82,32 17,68
WX = Peso Promedio de 3 muestras de limón.
4.1.3. Composición químico proximal de la cáscara de limón rugoso
En el Cuadro 3, se muestran los resultados del análisis químico
proximal de la cascara de limón rugoso
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Cuadro 3. Composición química proximal de la cascara de limón rugoso.
COMPONENTE %BH %BS
Agua
Proteína (N x 6.29) 1,03 3,48
Grasa 0,70 2,63
Fibra 7,56 25,57
Cenizas 1,06 3,58
Carbohidratos 21,01 71,07
BH = Base húmeda BS = Base seca
Del cuadro anterior, se puede afirmar que la cáscara de limón
rugoso tiene 1,03 % de proteína, mayor a lo obtenido por PR AROLAN
(1977), quién reporta un valor de 1,24 %. También contiene 0, 70 % de grasa,
mayor a lo reportado por PR AROLAN (1977), quién reporta un valor de
0,42% confirmado por YUFER A (1999), quién manifiesta que los la cáscara
de citricos poseen bajo contenido en grasa.
Así mismo contiene en base húmeda 1,06% de ceniza que
equivale a 3,58 % en base seca, que es similar a lo reportado por YUFER A
(1999).
Finalmente un contenido de fibra corresponde a 7,56% y
carbohidratos de 21,01%, lo cual demuestra que la cáscara de limón rugoso
ocupa un buen porcentaje del fruto.
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4.1.4. Composición físico química de la cascara de limón rugoso
En el Cuadro 4, se presentan los resultados del análisis físico
químico efectuado en la materia prima.
Cuadro 4. Composición físico química de la cáscara de limón rugoso.
ANÁLISIS CANTIDAD
pH 5,05
Sólidos solubles (°Brix) 13,17
Sólidos totales (%) 30,50
Acidez total (%) * 0,30
Azúcares reductores (%) 1,56
Pectina (%) 0,38
Expresado en % de ácido cítrico
En el Cuadro, se observa un pH de 5,05 valor mayor al zumo de
limón y un contenido de sólidos solubles de 13,17 ° Bx, lo que indica una
concentración de azúcar en la cascara reportado, también por YUFER A
(1999).
La acidez total expresado en ácido cítrico es de 0,30%,
comparado con otras frutas es relativamente bajo (PR ALOR AN, 1977).
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4.2. Proceso de obtención del aceite esencial de cáscara de limón
rugoso por arrastre de vapor
4.2.1. Pruebas para la obtención del aceite esencial
Los resultados que a continuación se describen sirvieron para
determinar los parámetros tecnológicos óptimos de extracción de aceites
esenciales de cascara de naranja valencia, como son: Índice de madurez,
área de partícula y Cantidad de muestra en kg.
Cuadro 5: Rendimiento de aceite esencial de cáscara de limón rugoso según
el índice de madurez.
Repeticiones
Índice de Madurez
Verde Pintón Maduro
1 0,190 0,202 0,172
2 0,188 0,200 0,1783 0,186 0,198 0,170
X
Cuadro 6. ANOVA para rendimiento de aceite esencial de cáscara de limón
rugoso según el Índice de madurez
Fuente S.C. G.L. C.M. F calculado P valor
Tratamientos 0,00107 2 0,00053 63,37 0,0001
Intra grupos 0,00005 6 0,000008
Total (Corr.) 0,00112 8
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Como se aprecia los rendimientos de los tratamientos en
relación al índice de madurez salen altamente significativos, lo cual fue
necesario someterlo a una prueba de rangos múltiples según Tukey tal como
se aprecia en el cuadro 7
Cuadro 7. Pruebas de Tukey HSD para Rendimiento según el índice de
madurez
Nivel Repeticiones Media Grupos
Homogéneos3 3 0,17333 A
1 3 0,18800 B
2 3 0,20000 C
Según la prueba de Tukey ningún tratamiento es igual cuando
se refiere al índice de madurez, siendo el mejor el índice de madurez pintón
que tiene mayor rendimiento.
En el cuadro 8 se tiene los rendimientos según el área de las
partículas, observándose que es mayor el rendimiento a mayor área de la
partícula. Se trabajo con cáscara de limón pintón ya que fue el óptimo en l a
experimentación anterior, se tomo una cantidad de 4 kg de muestra.
Para ver la diferencia estadística se hizo el ANOVA del cuadro 9
donde se aprecia que el P valor es menor que 0,05 por lo tanto existe
diferencia significativa, tal como lo podemos ver en el cuadro 9.
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Cuadro 8: Rendimiento de aceite esencial en función del área de contacto
para una masa de 4 kg de cáscara de limón.
RepeticionesÁreas (cm2)
1,0 1,5 2,0
1 0,210 0,200 0,175
2 0,205 0,184 0,180
3 0,208 0,190 0,178
X
Cuadro 9. ANOVA para el rendimiento según área de las partículas
Fuente S.C. G.L. C.M. F calculado P valor
Tratamientos 0.00135 2 0.00067 26.03 0.0011
Intra grupos 0.00015 6 0.00003
Total (Corr.) 0.00151 8
Se hizo en el cuadro 10 la prueba de diferencia observándose
que el mejor tratamiento corresponde a la menor área que es de 1 cm2
, ya
que ningún tratamiento es igual
Cuadro 10. Pruebas de Tukey para el rendimiento por área de partícula
Nivel Repeticiones Media Grupos
Homogéneos
3 3 0.177667 A
2 3 0.191333 B
1 3 0.207667 C
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En el cuadro 11, tabulamos los rendimiento s obtenidos según la
cantidad de muestra utilizada viendo que a mayor muestra mayor el
rendimiento.
Se hizo el ANOVA en el cuadro 12 observándose que si existe
diferencia significativa para cada cantidad utilizada en la extracción, siendo el
mejor para 6 kg de muestra establecido según la prueba de Tukey del cuadro
13.
Cuadro 11. Rendimiento de aceite esencial en función de la cantid ad en kg
de cáscara de limón.
Repeticiones
Cantidad (kg)
2,0 4,0 6,0
1 0,170 0,230 0,250
2 0,175 0,235 0,260
3 0,180 0,240 0,265
X
Cuadro 12. ANOVA para Rendimiento por Cantidad de muestra.
Fuente S.C. G.L. C.M. F calculado P valor
Entre grupos 0.011089 2 0.00554 153.54 0.0000
Intra grupos 0.000216 6 0.000036
Total (Corr.) 0.0113056 8
En el cuadro 13 se tiene la prueba de diferencia de Tukey y
apreciamos muy claramente que no existe tratamientos iguales como ya
mencionamos.
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Cuadro 13. Pruebas de Tukey para Rendimiento según la cantidad
Cantidad Repeticiones Media Grupos
H
omogéneos1 3 0.175 A
2 3 0.235 B
3 3 0.258333 C
Finalmente podemos decir que, el índice de madurez optimo para
extraer aceite esencial de cáscara de limón rugoso es el pintón, teniendo
menor área de las partículas que garantizan una mayor superficie de
contacto y utilizando cantidades mayores donde actué el vapor
4.2.2. Flujograma de operaciones y balance de materia del
proceso de obtención de aceite esencial
Las operaciones realizadas en la extracción de aceite esencial
de cascara de limón rugoso, se indican en la Figuras 3.
4.2.2.1. Flujograma de operaciones
En la Figuras 3, se muestra gráficamente las operaciones de
extracción de aceites esenciales por arrastre de vapor, en donde notamos
que en el método arrastre de vapor la muestra húmeda es cortado en tres
diferentes tamaños, para luego ser expuestos a la extracción. Así mismo
obtenemos aceite más agua condensada, el cual destilamos.
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Figura 3. Flujo final para la extracción de aceite esencial de c áscara limón
rugoso, por arrastre de vapor.
ACOPIO
LIMPIEZA
SELECCIÓN
PELADO
PESADO
CORTADO
EXTRACCIÓN
Aceite + aguacondensada
SEPARACIÓN
Aceite
ENVASADO
Limón pintón
Manualmente contrapo húmedo
Frutas sanas yuniformes
Manual con cuchillode acero inxidable
Balanza
En cubos de 1 cm2
Extractor de vapor
Residuo
Destilador
Agua condensada
Frascos ambar
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4.2.2.2. Balance de materia
En el Cuadro 14, se presenta el balance de materia referente a
la extracción del aceite esencial de cascara de limón rugoso, a partir de 50
Kg de limón pintón (80,42 % de pulpa y 19,58 % de cascara), por el método
arrastre de vapor. En la operación de limpieza no existe pérdida significativa,
mientras que en la selección existe una pérdida de l 3 %, ingresando al
pelado 48,5 Kg de limones, de los cuales se obtuvieron 9,49 kg de cáscara,
en el cortado no hemos considerado perdida alguna , pero en la operación de
extracción hemos agregado agua en proporción de 1:2.5, que corresponde a
a la relación cáscara/agua.
En la separación se pierde 23,73 kg de agua y 9,47 kg de
residuo que corresponde a un 339,30% . Finalmente se tiene un rendimiento
por proceso de 0,26 %, rendimiento mayor a lo obtenido por JEFFERSON
(1973), mediante el método del raspado.
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Cuadro. 14. Balance de materia de la extracción de aceite esencial de cáscara de limón ru
vapor.
Operaciones Entra Pierde Continua
Kg % Kg % kg %
Acopio 50,00 100,00 --- --- 50,00 100,00 Selección 50,00 1,50 3% 48,50 97,00
Pelado 48,5 97,00 39,01 80,42 9,49 19,58Cortado 9,49 97,00
--- --- 9,49 100,00 Extracción (seagrega Agua:1cáscara/2.5 agua)
33,22 339,55 --- --- 33,22 339,55
Separación33,22 339,55
Agua= 23,73
Resid. =9,47339,30 0,023 0,25
Envasado 0,023 100,00 --- --- 0,023 0,25 5.
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4.3. Caracterización del aceite esencial de cáscara de limón rugosos
En el Cuadro 15, se presentan los resultados de la caracterización físico
química, del aceite esencial de cascara de naranja Valencia extraído por el
método arrastre de vapor.
Cuadro 15. Caracterización fisicoquímica del aceite esencial extraído por
arrastre de vapor.
COMPONENTE CONTENIDO
Residuo de Evaporación ( % ) 4,740Índice de Peróxido (me / kg) 0,880
Densidad (g/ mi) 0,850
índice de Refracción 1,480
Índice de Acidez (%) * 0,196
Expresado en % de ácido cítrico
En el Cuadro 23, se reporta un residuo de evaporación de 4,740 %,valor característico de un buen aceite esencial, según la farmacopea de
EE.UU y Francia, mencionado por JEFFERSON (1973), y así mismo una
densidad de 0,850 (g/ml) y un índice de refracción de 1,480; similares a los
valores encontrados en el aceite esencial de naranja española (R AFOLS,
1984). El índice de peróxido tiene un valor de 0,880 (me/kg), este resultado
es menor, a lo considerado para aceites y grasas comestibles, cuyo valor
límite máximo es de 10 (meq/kg), de oxígeno peroxídico (FAO, 1993).
La acidez total en porcentaje es de 0,196 %, valor que nos indica un
bajo índice de ácidos libres, que coincide también con el bajo índice de
peróxido.
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44
VV.. CCOONNCCLLUUSSIIOONNEESS
De acuerdo a las condiciones de trabajo y a los resultados obtenidos, se ha
llegado a las siguientes conclusiones:
1. Se caracterizo la materia primas y la cáscara de limón rugoso,
dándonos valores que están dentro de los estándares de calidad.
2. Los parámetros tecnológicos óptimos para la extracción de aceite
esencial de la cáscara de limón rugoso por el método de arrastre de
vapor fueron: índice de madurez pintón; área de la partícula 1,0 cm2 x
0,35 cm de espesor; cantidad de muestra: 6 kg. Llegándose a un
rendimiento en aceite esencial de 0,25 %. Realizándose las siguientes
operaciones: Acopio, limpieza, selección, pelado, cortado, extracción,
separación y envasado
3. De acuerdo a las evaluaciones físico químicas realizadas en el aceite
esencial por el método arrastre de vapor se obtuvieron valores de
Residuo de Evaporación 4,740 %, índice de peróxido 0,88, Densidad
0,850, índice de Refracción 1,480, índice de Acidez 0,196 %.
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VI. RECOMENDACIONES
Considerando que el aceite esencial de cáscara de limón rugoso, es un
producto de gran potencial en la región se recomienda:
1. Utilizar la cáscara de limón rugoso para la extracción de aceites
esenciales, a escala industrial, previo estudio del costo de producción a
nivel de planta piloto con los parámetros hallados en el presente
trabajo.
2. Ampliar e! estudio tecnológico sobre la cascara de limón rugoso en la
elaboración de nuevos productos como té filtrante, piensos, melazas y
otros.
3. Realizar un estudio de mercado y de costo de producción con la
finalidad de crear una industria de aceites esenciales en la zona de
Tingo María.
4. Usar el método arrastre de vapor para la extracción de aceites
esenciales de la cascara de limón rugoso en cantidades industriales o
semi industrial, previo estudio de costos.
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