Introducción

La higuerilla (Ricinus communis L.), es una planta que pertenece a la familia Euphorbiaceae (^{Bauddh et al., 2015}). Esta planta puede adaptarse a una gran variedad de condiciones climáticas. Las semillas de la higuerilla se consideran toxicas para los animales y humanos debido a la presencia de la toxina ricina (^{Vinayaka et al., 2017}).

Actualmente en el país, la higuerilla ha sido calificada como un cultivo importante, dado que su semilla contiene un 40 % de aceite no comestible, considerado como una materia prima vital para la industria (^{Melo et al., 2008}). El aceite obtenido de la semilla de R. communis, es un triglicérido de un ácido graso, y es uno de los pocos glicéridos naturales de alta pureza ya que la porción de ácido graso contiene casi 900 g kg^-1 de ácido ricinoléico. El aceite es rico en un ácido graso de hidroxilo único, ácido ricinoléico (C₁₈H₃₄O₃) estructuralmente conocido como ácido cis-12-hidroxioctadeca-9-enoico, ácido graso hidroxilado de 18 carbonos que tiene un doble enlace. La presencia de ácido ricinoléico proporciona al aceite de ricino sus propiedades únicas y versatilidad inusual. El aceite de ricino se diferencia de otros aceites por su alto valor de acetilo o hidroxilo, con un índice de yodo, viscosidad y gravedad específica comprable a otros aceites (^{Bhuiya et al., 2016}).

Recientemente, la tecnología de ultrasonido ha surgido como una herramienta novedosa en los procesos de ingeniería de alimentos (^{Bhaskaracharya et al., 2009}) siendo este campo de investigación donde más se ha estudiado. El ultrasonido de alta frecuencia y baja frecuencia, se ha aplicado con éxito para mejorar el proceso y/o los productos (^{Carcel et al., 2007}), maceración (Carcel et al., 2007), inactivación microbiana y enzimática (^{Vercet et al., 2001}), extracción de productos naturales (^{Vilkhu et al., 2008}), operaciones de corte de alimentos (^{Arnold et al., 2009}), procesos de sustitución de azúcar (^{García-Noguera et al., 2010}), procesos de fermentación (^{Riener et al., 2010}), entre otros. La aplicación de ultrasonido ha sido ampliamente estudiada para extraer compuestos de aceite de materiales vegetales (^{Willems et al., 2008}), incluidos los de almendra en polvo (^{Riera et al., 2004}), y las semillas de Copaifera langsdorfii (^{Stupp et al., 2008}), Maclura pomifera y aceite de semilla de granada (^{Goula, 2012}). Sin embargo, este proceso es complejo y su eficacia depende de muchos factores, por ejemplo, temperatura, tiempo, frecuencia de ultrasonido, tipo de disolvente y la relación sólida/líquido. La mayoría de las investigaciones se han centrado en los efectos de los parámetros en la velocidad de extracción y en los rendimientos (^{Vilkhu et al., 2008}). La potenciación de la extracción por ultrasonido se ha atribuido a la propagación de ondas de presión ultrasónicas y fuerzas de cavitación resultantes, donde las burbujas pueden colapsar explosivamente y generar presión localizada que provoca la rotura del tejido vegetal y mejora la liberación de sustancias intracelulares en el disolvente (^{Knorr et al., 2002}). De acuerdo con ^{Vilkhu et al. (2008)}, la implosión de las burbujas de cavitación genera macro-turbulencia, colisiones entre partículas de alta velocidad y perturbación en partículas microporosas de la biomasa, lo que acelera la difusión de los remolinos y la difusión interna. Por lo tanto, el objetivo este trabajo fue determinar las mejores condiciones de la extracción asistida con ultrasonido de aceite de semilla de Ricinus communis L.

Materiales y Métodos

Resultados y Discusión

De acuerdo a los resultados obtenidos durante la etapa de evaluación de los diferentes pretratamientos se puede observar en la Figura 1 que el máximo rendimiento (1.54 g de aceite/5 g de semilla) fue obtenido en el pretratamiento T2, ligeramente superior al T1 con 1.42 g de aceite/5 g de semilla, y superior al pretratamiento T3 con 1.27 g de aceite/5 g de semilla. Este comportamiento es atribuido a que en T2 las semillas se encontraban libres de humedad en comparación con el control T1, lo que puede indicar que la presencia de humedad en la matriz de la semilla hace que el rendimiento de extracción disminuya ligeramente. La baja eficiencia del pretratamiento T3 es atribuido a la pérdida de aceite durante el corte de la semilla. ^{Perea-Flores et al. (2011)} describe que en la microestructura del cuerpo de la semilla de Ricinus communis L. es altamente porosa, lo cual favorece la extracción del aceite (^{Perea-Flores et al., 2011}) durante el prensado o corte de la semilla, la cual fue evidenciada con el bajo rendimiento de extracción de aceite.

Figura 1 Influencia del pretratamiento de la semilla de higuerilla (Ricinus communis L.) para la extracción de su aceite, T1: semilla sin pretratamiento; T2: semilla lavada y secada a 50° C por 24 h; T3: semilla lavada, secada y cortada. 

Se realizó un ajuste del modelo matemático para analizar las cinéticas y hacer una comparación entre las extracciones convencionales y las asistidas por ultrasonido con cada uno de los solventes a diferentes tiempos.

Donde:

Y= es el rendimiento de aceite

Y _inf = es el rendimiento de aceite a tiempo infinito (máximo rendimiento)

k = velocidad de extracción de aceite

y = tiempo de extracción.

De acuerdo con los resultados con el ajuste al modelo (Figura 2) se muestra la comparación de los rendimientos obtenidos durante los procesos de extracción de aceite asistido por ultrasonido y el método convencional, donde el mejor solvente para las extracciones por el método convencional con Soxhlet fue la mezcla (hexano/isopropanol, relación 1:1) obteniendo un rendimiento máximo a tiempo infinito de 1.5 g de aceite de aceite/5 g de semilla, mientras que la extracción con hexano e isopropanol obtuvieron un rendimiento máximo fue de 1.3 g de aceite/5 g de semilla.

Figura 2 Comparación de los rendimientos máximos Yinf a tiempo infinito de la extracción convencional y la asistida con ultrasonido (US). 

Por otra parte, los resultados que se obtuvieron del ajuste para las extracciones asistidas por ultrasonido se muestran Figura 2, los mejores rendimientos se obtienen usando como solvente el hexano (1.7 g, 74 %) y la mezcla de solventes (1.5 g, 73.5 %) lo cual resulta favorable comparado con lo reportado por ^{Perdomo et al. (2013)}, en la cual reportaron una máxima de eficiencia de 56 % utilizando el método convencional de extracción con Soxhlet de aceite de semillas de R. communis. En la Figura 3 se comparan las velocidades iniciales de ambos procesos, el solvente que mostró una mayor velocidad inicial de extracción fue el hexano alcanzando 0.58 g.h^-1, seguido del isopropanol con una velocidad inicial de 0.5 g h^-1 y la mezcla mostrando una velocidad ligeramente menor a 0.49 g.h^-1, lo que indica que las velocidades iniciales de extracción no son afectadas por el tipo de solvente cuando se realiza una extracción de tipo convencional, por otro lado, las mayores velocidades de extracción cuando el proceso fue asistido por ultrasonido resultaron ser el tratamiento con isopropanol con una velocidad de 3.7 g.h^-1 contra 1.8 g.h^-1 de la mezcla y 0.79 g.h^-1 del hexano.

Figura 3 Comparación de las velocidades iniciales k en la extracción convencional y la extracción asistida por ultrasonido (US). 

Al comparar y hacer un análisis de los resultados obtenidos de la extracción con hexano y la mezcla (Figura 3) para las velocidades de extracción con ultrasonido se puede inferir que el mejor tratamiento se tiene utilizando la mezcla de solventes en ambos casos ya que el rendimiento entre estos dos no es significativo, pero al momento de comparar las barras de la velocidad en la Figura 3 se observa un efecto positivo al utilizar la mezcla de solventes ya que excede hasta el doble la velocidad mostrada por el hexano. De lo cual se puede deducir que cuando se realiza una extracción con ultrasonido, el solvente influye directamente sobre la velocidad inicial de extracción siendo mayor hasta 3 veces como en el caso de la mezcla comparada con la asistencia del ultrasonido (extracción sólo en Soxhlet), en donde el tipo de solvente no influyó en la velocidad inicial. La diferencia de velocidad mostradas durante el tratamiento con ultrasonido se debe a la estructura molecular y propiedades químicas de los solventes (^{Akowuah et al, 2005}), ya que el hexano es una molécula de mayor tamaño que el isopropanol por lo cual tarda más en penetrar la matriz de la semilla y la velocidad de extracción es más lenta mientras que el isopropanol penetra de forma más rápida la matriz por su estructura y se realiza una extracción más rápida. En las extracciones con el método convencional no se puede apreciar la diferencia de las velocidades debido a que no se genera la cavitación que se produce cuando se utiliza el ultrasonido, lo cual favorece al solvente de menor tamaño estructural y los rendimientos obtenidos responden a las polaridades de los solventes ya que mientras el hexano es un compuesto no polar y el isopropanol es un compuesto polar, las extracciones se ven favorecidas cuando se utiliza la mezcla ya que los triglicéridos presentes en el aceite una fracción polar por el grupo carbonilo y una fracción no polar representada por la cadena de hidrocarburo que lo conforma; y ambas partes se disuelven cuando se utiliza la mezcla de solventes favoreciendo la extracción y obteniendo un mayor rendimiento.

Conclusiones

De acuerdo a los resultados obtenidos se concluye que el ultrasonido mostró tener un efecto positivo en el proceso de extracción de aceite de Ricinus communis L. y que el tratamiento con la mezcla de solventes (isopropanol/ hexano 1:1, v/v) resultó ser el mejor en este proceso en ambos métodos, obteniendo un rendimiento del 73.5 % de extracción y una velocidad de 1.8 g.h^-1 con ultrasonido, que excede casi en 4 veces a la velocidad mostrada en el método convencional que fue de 0.49 g.h^-1 con un rendimiento del 70 %, de modo que el proceso asistido por ultrasonido mostró tener un mejor rendimiento en eficiencia de extracción en menor tiempo.