El creciente interés público por el consumo de alimentos más saludables y con un mayor valor nutritivo y comercial, conjuntamente con las cada día más exigentes regulaciones ambientales, han impulsado el desarrollo de nuevas tecnologías limpias para el procesamiento de los alimentos. En este sentido, la tecnología de fluidos supercríticos se ha posicionado como una excelente alternativa, ya que con estos fluidos se pueden obtener productos de mayor pureza y con mejores propiedades organolépticas, sin el uso de los solventes que tradicionalmente
se utilizan como aquellos provenientes de la industria del petróleo.
La tecnología de fluidos supercríticos (FSC) se inició a principios de 1960’s, cuando Zosel [1] desarrolló en Alemania el primer proceso para extracción de cafeína a partir de granos verdes de café y de resinas de lúpulo con CO2 supercrítico como medio de extracción, el cual años más tarde fue implementado a escala industrial. En la actualidad, más de 100.000 Ton de café descafeinado se producen mediante esta técnica en el mundo entero [2]. La extracción y fraccionamiento supercríticos se ha aplicado en la obtención de aceites esenciales [3], de antioxidantes [4], de aceites de diversas fuentes vegetales [5 , 6], en separación cromatográfica [7] y análisis cromatográfico de muestras [8], entre otros. La extracción de compuestos a partir de fuentes naturales es la más ampliamente estudiada aplicación de los FSC. Varios excelentes resúmenes sobre los sistemas estudiados se pueden encontrar en la literatura [9, 10, 11]. Estos procesos de separación se consideran flexibles, debido a que la posibilidad de modulación continua del poder solvente del FSC permite la eliminación los solvente orgánicos y el costoso postprocesamiento de los extractos para la eliminación de los solventes.
Desde su descubrimiento, los FSC han sido objeto de interés como medio para realización de reacciones químicas. En este caso el FSC ofrece muchas ventajas en comparación con los solventes líquidos que tradicionalmente se emplean para tal fin [2]. Por ejemplo, la velocidad de difusión de un soluto en un solvente líquido es menor que en un FSC, debido a que el coeficiente de difusión en el primero es casi un orden de magnitud menor que en el segundo. Estas características benefician notablemente a aquellas reacciones heterogéneas controladas por la difusión, como es el caso de las reacciones catalizadas por enzimas [12]. Además, con esta tecnología se pueden fabricar productos de alta pureza con la integración de otros procesos a la reacción tales como extracción supercrítica, ya que el producto que se obtiene está libre de contaminantes o solventes. Como ejemplos, se pueden mencionar el uso de agua supercrítica en la destrucción de residuos orgánicos [13], la hidrogenación de aceites vegetales [14], esterificaciones para la producción de biodiesel [15] y la fabricación de emulsificantes [16], entre otros.
En los últimos años, se han desarrollado novedosas tecnologías para la producción de micro y nano partículas mediante el uso de FSC. Una de ellas es la expasión súbita de soluciones supercríticas (RESS) [17], en la cual la solución se expande a través de pequeños orificios y se obtienen polvos finamente dividos. Este proceso se ha aplicado a la formulación y encapsulación de medicamentos y conjuntamente con el desarrollo de nuevos materiales poliméricos, permite el control de la dosificación del componente activo. Otra técnica es la precipitación por efecto antisolvente [18] en el que un FSC se disuelve en una solución orgánica que contiene el soluto, haciendo que la solubilidad del soluto disminuya y por ende se promueva la nucleación y crecimiento de la partícula. Mediante este proceso, se ha reportado la obtención de tamaños de partícula del orden de 50 nm, los cuales son muy costosos de obtener mediante las técnicas tradicionales como molienda y cristalización. Esta técnica se ha empleado en la purificación de proteínas, tales como la insulina. Al respecto, la aplicación de estas técnicas en el área de alimentos resulta ser muy promisoria. La encapsulación de aromas y principios activos, la reducción de tamaño de sólidos en suspensión y la generación de emulsiones, son algunas de las posibilidades que se proyectan a futuro.
Las técnicas tradicionales de esterilización tales como la exposición a óxido de etileno, radiación γ y esterilización con vapor, tienen serias limitaciones cuando se utilizan en materiales alimenticios térmica e hidrolíticamente sensibles. Debido a su habilidad para penetrar las paredes
celulares de estos microorganismose e interactuar con los componentes intracelulares, los FSC también se pueden utilizar como agentes para la inactivación de contaminates bacterianos a bajas temperaturas y a presiones moderadas [19]. Mientras que para desnaturalizar proteínas monoméricas normalmente se requieren presiones hidrostáticas mayores a 600 MPa, con CO2 supercrítico solo se necesitan de 10 a 20 MPa para conseguir los mismos resultados [20]. Mediante el uso de FSC, se ha reportado reducciones de células de entre 8 a 9 ordenes logarítmicos cuando se inició el experimento con 108 unidades formadoras de colonias para bacterias como Listeria innocua, Staphylococcus aureus, Salmonella salford, Escherichia coli y Pseudomonas aeruginosa, entre otras, utilizando presiones de 15 a 20 MPa, temperaturas de 40 a 60 °C y
tiempos de esterilización entre 2 y 6 horas [19].
Como se puede observar, las posibilidades de aplicación de los FSC son amplias en un país como Colombia que posee una enorme variedad de recursos vegetales. El uso de esta tecnología permitiría la fabricación de productos con altos estándares de calidad, lo cual es un factor clave a la hora de enfrentar los desafíos inherentes a economías abiertas y la presencia de competidores a escala mundial. Además, esta tecnología constituye una alternativa de producción más limpia, ya que los residuos provocados se reducen haciendo que se mitigue el impacto ambiental causado en los procesos tradicionales. En Colombia y el Grupo Andino, la tecnología de FSC apenas se aplica en la extracción de productos naturales y algunas otras aplicaciones se estudian en algunos centros de investigación. La planta piloto de la Universidad Jorge Tadeo Lozano, adscrita al Programa de Ingeniería de Alimentos cuenta en estos momentos con una planta a escala piloto para extracción con capacidad de 1.6 L que próximamente entrará en operación, gracias a los esfuerzos de la Profesora Ligia Rodríguez. Así, la universidad ha dado un paso muy importante hacia la consolidación de la investigación en esta área, que esperamos llame la atención de la comunidad académica y de la industria local.
Referencias
[1] K. Zosel. Separation with supercritical gases: practical applications. Angew. Chem., Int. Ed.Engl., 17(10):702–709, 1978.
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[4] B. Yépez, P. Espinoza, S. López, and G. Bolaños. Producing antioxidant fractions from herbaceous matrices by supercritical fluid extraction. Fluid Phase Equilib., 194-197:879–884, 2002.
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[7] M. Alkio, C. Gonzalez, M. Jäntti, and O. Aaltonen. Purification of polyunsaturated fatty acid esters from tuna oil with supercritical fluid chromatography. J. Am. Oil Chem. Soc., 77(3):315–321, 2000.
[8] R. Smith. Supercritical fluids in separation science – the dreams, the reality and the future. J. Chromatogr., A, 856(1):83–115, 1999.
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[16] B. Yépez. Glicerolisis e hidrólisis de trilgicéridos saturados en dióxido de carbono supercrítico. PhD thesis, Universidad del Valle, 2009.
[17] P.G. Debenedetti, J.W. Tom, X. Kwauk, and S.D. Yeo. Rapid expansion of supercritical solutions (RESS): fundamentals and applications. Fluid Phase Equilib., 82:311–321, 1993.
[18] E. Reverchon. Supercritical antisolvent precipitation of micro- and nanoparticles. J. Supercrit. Fluids, 15(1):1–21, 1999.
[19] A.K. Dillow, F. Dehghani, J.S. Hrkach, N.R. Foster, and R. Langer. Bacterial inactivation by using near- and supercritical carbon dioxide. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 96:10344–10348, 1999.
[20] A. White, D. Burns, and TW. Christensen. Effective terminal sterilization using supercritical carbon dioxide. J Biotechnol, 123(4):504–515, 2006.