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• Kaki Gonzalez

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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA METROPOLITANA

UNIDAD IZTAPALAPA CIENCIAS BÁSICAS E INGENIERÍA LICENCIATURA EN INGENIERÍA QUÍMICA

DISEÑO DE UNA PLANTA INDUSTRIAL PARA LA PRODUCCIÓN DE EDULCORANTE NATURAL A PARTIR DE STEVIA

LABORATORIO DE PROCESOS Y DISEÑO

TESIS PROFESIONAL QUE PARA OBTENER EL GRADO DE LICENCIATURA EN INGENIERÍA QUÍMICA PRESENTA BELLO CRUZ HILARIO GUEVARA MARTINEZ MARTÍN

96216385 93220338

ASESOR. Dr. Jaime Vernon Carter Vo. Bo.

INDICE 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

INTRODUCCIÓN ESTUDIO DE MERCADO ¿QUÉ ES LA STEVIA? ¿QUÉ ES EL ESTEVIÓSIDO? ¿CÓMO SE LOGRO LA MICROPROPAGACIÓN? PRUEBAS DE TOXICIDAD LA SEGURIDAD DE LOS AZUCARES DE STEVIA LOCALIZACIÓN DE LA ZONA DE CULTIVO Y DE LA NAVE INDUSTRIAL 8.1 ZONA DE CULTIVO 8.1.1 CONDICIONES IDEALES PARA EL CULTIVO DE LAS PLANTAS DE STEVIA 8.1.2 HUMEDAD 8.1.3 TEMPERATURA 8.1.4 TOPOGRAFIA 8.1.5 FERTILIZANTES QUÍMICOS 8.1.6 DATOS CLIMÁTICOS DE LA ZONA DE CULTIVO 8.1.7 DATOS GENERALES SOBRE LA ZONA DE CULTIVO 8.1.8 UBICACIÓN DEL TERRENO DE SIEMBRA 8.1.9 SUB-ARRENDAMIENTO DE TERRENO DE CULTIVO

3 4 7 9 10 11 12 12

9. NAVE INDUSTRIAL 10. PROCESO DE OBTENCIÓN DEL EDULCORANTE 10.1 PARTE EXPERIMENTAL 10.2 EXTRACCIÓN 10.3 IDENTIFICACIÓN Y CUANTIFICACION DE LAS MUESTRAS OBTENIDAS POR LA EXTRACCIÓN CON METANOL 10.4 RESULTADOS 10.4.1 SECADO 10.4.2 EXTRACCIÓN DEL ESTEVIOSIDO USANDO METANOL AL 100% 11. EXTRACCIÓN CON FLUIDOS SUPERCRÍTICOS 11.1 ¿QUE ES EL CO2 SUPERCRITICO? 11.2 EXTRACCIÓN DEL ESTEVIÓSIDO POR MEDIO DEL EXTRACTOR CON FLUIDO SUPERCRÍTICO. 11.3 ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS POR LA EXTRACCIÓN DEL EDULCORANTE CON FLUIDO SUPERCRITICO. 12. PROCESO 12.1 PROCESO DE OBTENCIÓN DEL ESTEVIOSIDO 12.2 MATERIA PRIMA 12.3 PROCESO PROPUESTO 12.4 CROQUIS DE LA PLANTA INDUSTRIAL 13. CAPACIDAD A INSTALAR, MONTO DE LA INVERSIÓN, Y CAPITAL DE TRABAJO. 13.1 PERSONAL 13.2 COSTOS DE PRODUCCIÓN 13.3 GANANCIA/ AÑO

16 18 18 18 19

12 12 12 13 13 13 13 15 15 15

20 20 21 23 24 26 27 27 27 27 28 29 30 31 32 33 1

14. RESULTADOS DEL DISEÑO

34

14.1 CARACTERÍSTICAS DEL EQUIPO UTILIZADO EN EL PROCESO 14.2 LISTA DE EQUIPOS DEL PROCESO

34

APÉNDICE A: PREPARACIÓN DE LAS SOLUCIONES PARA MEDIO MS (MURASHIGE SCOOK) APÉNDICE B: EQUIPO DE SECADO APÉNDICE C: CUANTIFICACIÓN DE LA CANTIDAD DE ESTEVIÓSIDO POR MEDIO DE SOXHLET APÉNDICE D: ANÁLISIS DE LAS MUESTRA OBTENIDAS POR MEDIO DEL HPLC. APÉNDICE E: CROMATOGRÁMAS DE LOS ESTÁNDARES DE AZÚCARES APÉNDICE F: EXTRACCIÓN CON FLUIDO SUPERCRÍTICO APÉNDICE G: DATOS EXPERIMENTALES OBTENIDOS EN UN APARATO DE EXTRACCIÓN SUPERCRÍTICA PARA EL CASO DE LA STEVIA APÉNDICE H: S E G U R I D A D STEVIA REBAUDIANA BERTONI APÉNDICE I: S E G U R I D A D DIOXIODO DE CARBONO LIQUIDO Y GASEOSO

15. BIBLIOGRAFÍA

35

36 38 39 40 41 43 44

46 51

62

2

1. INTRODUCCIÓN Dada su gran importancia y relación con la industria de los alimentos, los edulcorantes han encontrado diversas aplicaciones. Una de ellas, esta en la fabricación de bebidas dietéticas y productos bajos en calorías.

Diversas substancias edulcorantes son elaboradas

químicamente para su uso en la

preparación de alimentos de consumo humano con diferente objetivo, ya sea para conservar la vida de los alimentos, hasta mejorar el sabor, color, aroma y otros aspectos. Sin embargo, la adicción a estas sustancias químicas se da muy fácilmente, y con el tiempo las consecuencias a la salud pueden ocasionar un peligro. Se ha encontrado que el edulcorante natural Stevia, posee grandes beneficios a la salud tanto de personas que sufren de diabetes como de sobrepeso así como de toda la población en general. En la actualidad en México una de cada tres personas esta afectado por la obesidad que afecta tanto a hombres como a mujeres, y en el caso de Estados Unidos un estudio llevado a cabo revela que existen casi 160 millones de americanos que hacen uso de un sustituto dietético, siendo el Aspartame el edulcorante más utilizado. Por otro lado en el ámbito mundial se ha generado un movimiento al consumo de alimentos sanos de preferencia de origen natural porque la gente se ha dado cuenta de la importancia de cuidar su salud.

El objetivo es crear una infraestructura adecuada a las necesidades de la planta Stevia para obtener una cosecha y una producción mecanizada eficaz pues se pretende lograr la producción en masa de esta planta, la cual es originaria del norte Paraguay, creando el medio tanto climático como nutricional de la misma, una vez logrado esto el procesamiento para la obtención del edulcorante esteviosido será el paso final de la investigación.

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2. ESTUDIO DE MERCADO Estados Unidos de América es el país, con mayor venta de bebidas gaseosas, el segundo lugar lo ocupa México, y el tercer lugar lo ocupa Brasil. En México, hay aproximadamente casi 100 marcas de refresco, el 66% es de sabor de cola y el 34% de sabores. Los refrescos de dieta bajos en calorías tienen una preferencia del 2% de las ventas totales de la industria.

El sistema Coca cola maneja el 60% del mercado mexicano con ventas que superan los 7 mil millones de litros, en Brasil se consumen 5 mil millones de litros de bebidas gaseosas al año casi el 8% menos. Las empresas transnacionales siempre buscan que la población a la que va dirigido su producto tenga una edad que oscila entre los 10 y 24 años de edad, que es considerado como el intervalo de consumo de la bebida sabor cola.

Listos para dar la guerra están los edulcorantes bajos en calorías, y de origen natural, como la Stevia que incluso en Brasil se propuso que fuera incluido en todas las bebidas gaseosas. En Japón más de 50 compañías lo usan en bebidas gaseosas, comida enlatada, helados, caramelos y Pepsi diet.

A pesar de las acusaciones, el negocio de los refrescos y otra bebidas no alcohólicas, es uno de los más rentables de la industria alimentaría, pues es un importante generador de fuentes de trabajo.

Los refrescos están compuestos de manera básica por agua carbonatada, azúcares obtenidos de caña o maíz u otros edulcorantes como el Aspartame, Sacarina, Ciclamato de Sodio, etc., muy usados en productos dietéticos, el concentrado proporciona el sabor y color, y un ácido para dar la característica agridulce.

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La razón de sustituir los edulcorantes artificiales por edulcorantes naturales es principalmente a problemas asociados con la salud y el uso del Aspartame. Uno de los importantes edulcorantes naturales que se comercializan a nivel mundial y que compite con los artificiales es la Sacarosa del cual la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación(FAO), estimó que la producción mundial de azúcar de caña para 1998/99 en 129 millones de toneladas, 6.5% más que el año anterior.

Para 1999/2001 la producción mundial de azúcar de caña se estimó en 134.3 millones de toneladas, 2% mas que el año anterior y superior a la demanda prevista. Sin embargo, al final de febrero del 2001 el precio diario del azúcar, de acuerdo a un convenio internacional llegó a su nivel mas bajo, 4.70 centavos de dólar por libra(11 centavos de dólar por Kg.), pero en abril y finales de mayo el precio se recupero un 30%, esto debido a la demanda de importaciones de mercados importantes como la Federación de Rusia, Bangladesh, Pakistán e Indonesia.

Se prevé que en Brasil la producción aumentara en 300,000 ton. En Cuba la producción debería alcanzar los 4 millones de toneladas. En México, se estima que la producción azucarera se mantendrá estable en 5.1 millones de toneladas pese a las condiciones atmosféricas.

Para los demás países como Brasil deberán disminuir su producción en 3,8 millones de ton, o sea un 10% quedando a 16 millones de ton. En Cuba, la producción deberá aumentar 200, 000 ton a 4,2 millones de ton como una muestra de mejorar la eficiencia de la elaboración, mientras que en México la producción deberá mantenerse estable en 5 millones de toneladas, pues existen dificultades comerciales que afligen a la industria.

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miles de toneladas por año

Producción de Edulcorantes (1999-2000) 30000 25000 20000 15000 10000 5000 0 Francia Alemania

Italia

España

Resto Euro.

Total Euro.

Azúcar de remolacha

Total Africa

Canadá EE.UU.

Azucar de caña

México

Cuba

Resto A NyC

Fructuosa

Gráfica 1 .- Edulcorantes en algunos países.

De esta manera se presenta un panorama general en el cual tomando como base al azúcar, el mercado para la Stevia podría resultar atractivo.

DEMANDA E IMPORTACIONES DE LAS HOJAS DE STEVIA !

Brasil es el primer productor de América Latina con 1200 Ha

!

Paraguay cuenta con 700 Ha

!

Canadá tiene un programa gubernamental de producción de Stevia con 100 Ha

! Japón es él mayor consumidor de azúcar de Stevia desde hace 25 años inclusive la transnacional Coca-Cola tuvo que utilizar a usar este edulcorante natural, así mismo el 75% de sus productos hechos a base de azúcar se elaboran con azúcar de Stevia.

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3.-¿Qué es la Stevia? La Stevia es un miembro de la familia de las Compositae. Y uno de los 154 miembros del genero stevia. Depende de un tallo pequeño de 65 centímetro de alto. Las flores son pequeñas (7-15 mm), de color blanco (Robinsón 1930) Esta especie se caracteriza por un pequeño rango de habitas naturales, mejor conocidos como microclimas.

La Stevia es un diploide y tiene 11 cromosomas pares que es característico para la mayoría de los miembros del género del Sur de América (Frederico et al) 1996)

La Stevia es una planta perenne (es decir siempre esta verde) que produce una variedad de azúcares de alto-potencial (intensos) bajos en calorías, estos se encuentran en el tejido de la hoja y en algunas partes a lo largo del tallo. Los azucares de la Stevia son ampliamente utilizados en muchos alimentos, en varios países incluido Japón, Brasil y China.

La Stevia, es normalmente conocida, en el valle de Río Monday en el Noroeste de Paraguay. Los conquistadores habían informado de la Stevia a España durante el siglo XVI pero esta información permanecía oculta, hasta que atrajo de nuevo la atención por los europeos en 1888 debido principalmente a M.S. Bertoni. Antes del descubrimiento europeo, mucho tiempo atrás, era conocida por las gentes Guaranís, indígenas nativos de esa región. El Guaraní lo llamó el caá-êhê, que significa la hierba dulce y se utilizó para endulzar las bebidas amargas.

7

Las hojas de Stevia contienen diterpenoides steviol-glucósidos (SGs) los cuales son:

Esteviósido

Rebaudiósido C

Rebaudiósido A

Dulcosido A

Otros dos glucósidos que se encuentran presentes en el tejido de la planta son el rebaudiósido D y rebaudiósido E. También el rebaudiósido B ha sido detectado pero los estudios indican que es probable que se forme artificialmente durante el aislamiento de estos glucósidos.

Las proporciones normales (en peso w/w) de los cuatro glucósidos más importantes son: el esteviósido 5-10%, rebaudiósido A 2-4%, rebaudiósido C 1-2% y dúlcosido A 0.51%. Ellos son 300 veces más dulces que el azúcar de caña. Se ha conocido por mucho tiempo que el rebaudiósido A tiene las propiedades más sensitivas al gusto -más dulce- y más marcadas de los cuatro glucósidos del steviol. Los glucósidos del steviol son estables al calor y no cambian de pH, no son fermentables y no se oscurecen al cocinar. Por consiguiente tienen una amplia gama de aplicaciones en los productos de comida. También son no tóxicos y no mutagénicos. Por consiguiente tales compuestos pueden ser usados con éxito como alternativas para pacientes que sufren de diabetes y otras enfermedades relacionadas con las perturbaciones en el metabolismo de los carbohidratos. Para lograr la extracción del edulcorante Esteviósido se logró la micropropagación de esta planta.

8

4. ¿Qué es el esteviósido? Es un glucósido que pertenece al grupo de los hidrocarburos alifáticos, de los cuales dependiendo de la ausencia o presencia de ligaduras, dependen sus propiedades fisicoquímicas y toxicológicas.

Los azúcares de los diterpenos glucósidos de Stevia han sido sujetos de varias revisiones (Kinghorn y Soejarto 1985, Crammer e Ikan 1986, y Hanson y De Oliveira 1993). Aunque el interés en la química de los principales azucares son de fecha muy temprana de este siglo, el progreso significativo hacia la caracterización química de estos no fue hecho hasta 1931, con el aislamiento del esteviósido (Bridel y Lavieille 1931a)

El tratamiento de esta sustancia con el jugo digestivo de un caracol dio las cantidades de tres moles de glucosa y una mol de steviol, mientras que la hidrólisis con ácidos dieron el isoesteviol (Bridel y Lavieille 1931b) El Isosteviol también fue obtenido cuando el steviol estaba caliente en ácido sulfúrico diluido. Los estudios subsecuentes han llevado al aislamiento de otros siete glucósidos dulces del steviol (Fig.1)

En el Merk. Index (8589) al esteviósido se le reporta como un agente edulcorante calorigénico, Sin datos de toxicidad hasta el momento (Sigma-Aldrich, 2002) H O H

2

C

H

2

C

O

O O H O H H O H

2

H

C

3

C C H

O

3

O C

O

O H O H O H O H

O H

2

C O

O H O H

L a s h o ja s d e S t e v ia r e b a u d ia n a u n 6 .0 % d e e s t e v ió s id o .

O H

c o n t ie n e n h a s t a

Figura 1.- Estructura del esteviosido.

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5. ¿Cómo se logro la Micropropagación? En el laboratorio de Biotecnología Vegetal se cuenta con una campana de flujo laminar donde es posible controlar las condiciones estériles de los explantes nodales, en esta campana se hacen los cortes y se transfieren a un medio aséptico (ver apéndice) que es elaborado en el mismo laboratorio Posteriormente estos explantes nodales se etiquetan con la fecha, de esta forma se lleva un control sobre el periodo de crecimiento, y de cuando se debe realizar un cambio del medio aséptico para evitar que la planta pierda los nutrientes que el medio de cultivo le ofrece. Con la utilización de este método (micropropagación por sembrado in vitro) se consigue una multiplicación libre de contaminación. Además con este método se necesita una cantidad pequeña de material para iniciar un cultivo in vitro. La Micropropagación in vitro puede suponer elevados ahorros en combustible, espacio de invernadero, etc. Debido a la existencia de condiciones perfectamente controladas (medio nutritivo y medio físico), que permiten una gran precisión en el calendario de la producción de explantes nodales, se puede eliminar el efecto estacional y conseguir una producción homogénea a lo largo del año. Todas las plantas se colocan en un cuarto o “Sala de Incubación”, aquí debe tenerse muy en cuenta las instalaciones eléctricas, pues las diferentes fases del crecimiento de los inóculos necesitaran diferentes fotoperiodos, temperatura, intensidad lumínica, etc.; además no puede faltar el aire acondicionado y filtrado, anaqueles para incubación, etc.

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Un laboratorio de cultivo de tejidos vegetales es, en esencia, igual a cualquier otro laboratorio, sin embargo, las condiciones de esterilidad de éste son de fundamental importancia porque todos los medios empleados contienen nutrientes, los cuales facilitan el crecimiento de muchas bacterias y hongos. Así, todos los medios, instrumentos y recipientes de cultivo deben esterilizarse para matar las bacterias y el método más común de esterilización es el de vapor húmedo, por lo que se utiliza con frecuencia un autoclave, generalmente el tiempo empleado para una buena esterilización es de 15 minutos a una presión de 15 lb/in2 y a una temperatura de 120-1210C.

6. PRUEBAS DE TOXICIDAD En 1991 un estudio con hámster consistía de tres grupos- 50 machos y 50 hembrasa los cuales se les trato por dos años donde un grupo recibió una dosis de esteviósido de 2.5 % de su dieta diaria, un segundo grupo recibió 5% de esta dieta y un tercer grupo no recibió esteviósido. Después del periodo de tiempo, sus tejidos fueron examinado al microscopio, se encontró que no había diferencia entre los que habían recibido esteviósido y los que no lo recibieron. Algo interesante fue que las hembras que tomaron esteviósido decrecía la incidencia de tumores, mientras que los machos presentaban una baja incidencia de daño en el riñón. Meses después, otra prueba realizada con cuatro grupos de 20 hámster-10 machos y 10 hembras- con un mes de edad. Al primer grupo se le administró una dosis diaria de 500 mg/kg de peso de esteviósido, al segundo grupo 1000 mg/kg, al tercer grupo 2500 mg/kg y al cuarto grupo no se le administro nada de esteviósido.

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7. LA SEGURIDAD DE LOS AZUCARES DE STEVIA Los azúcares de la Stevia tienen una larga historia de uso en América del Sur y ahora en Japón y no hay reportes de efectos adversos, Pezzuto y colaboradores (1985) informaron que la actividad metabólica del steviol es mutagénica, un resultado que ha sido confirmado en más recientes estudios (Matsui et al 1996) Pero Kinghorn y Soejarto (1985) y Kinghorn (1992) dirigieron dos revisiones de la literatura relacionadas a la seguridad de los azucares de la Stevia y concluyeron que las hojas que contienen los azúcares de Stevia y así como el esteviósido son seguros para el consumo humano. Sin embargo, la actividad metabólica del steviol que es mutagénico no se ha identificado todavía y no es conocida si la activación del steviol realmente ocurre en los humanos (Procinska et al. 1991, Matsui et al. 1996).

Las investigaciones arrojaron resultados, que dosis mayores a 2.5 g/kg de peso de cuerpo no afecta de ninguna manera el crecimiento ni la reproducción de estos hámsters.

8. LOCALIZACIÓN DE LA ZONA DE CULTIVO Y DE LA NAVE INDUSTRIAL

8.1 ZONA DE CULTIVO

8.1.1 CONDICIONES IDEALES PARA EL CULTIVO DE LAS PLANTAS DE STEVIA

8.1.2 HUMEDAD La exigencia de humedad es alta y de manera continua; es decir, no se debe dar la falta de agua durante las diferentes etapas de su desarrollo, de ahí que la distribución natural de este cultivo en Paraguay se observe en zonas donde las precipitaciones medias anuales son altas. (1,400 mm. a 1,600 mm.)

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8.1.3 TEMPERATURA El buen desarrollo del cultivo se da a temperaturas menores de 20º C; en Paraguay y en las áreas de desarrollo la temperatura media anual está entre 21º C y 23º C.

8.1.4 TOPOGRAFIA En cuanto a la topografía, lo ideal es un terreno no muy accidentado, con un porcentaje de pendiente menor a 5%.

8.1.5 FERTILIZANTES QIMICOS Existen formulaciones y/o combinaciones que pueden ser utilizadas en el momento de la fertilización química del cultivado de la Stevia, y una de las más recomendadas por hectárea es: 60 Kg de Nitrógeno 60 Kg de óxido de potasio 120 Kg de anhídrido fosfórico

8.1.6 DATOS CLIMÁTICOS DE LA ZONA DE CULTIVO De lo que se menciono anteriormente se muestra ver que el microclima de Paraguay, donde crece y se cultiva la Stevia, es muy parecida al clima que se da en ciertas regiones de México, tal es el caso de Metepec, Toluca Edo. De México.

Al no tenerse los datos de Temperatura promedio de Metepec, lo que hicimos fue mostrar la grafica 1 sobre otros municipios cercanos y observamos que se alcanzan temperaturas máximas de 230C aproximadamente, así como temperaturas mínimas de 100C, por lo que la planta de Stevia no tendría problemas de adaptación en cuanto a la Temperatura.

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De la Fig. 2 a) lo que mostramos son las precipitaciones pluviales anuales que se da en distintos municipios de Toluca y en cuanto a Metepec vemos que se encuentra en una región donde las precipitaciones varían entre 800 Y 1200 mm de agua anualmente.

Además la zona no es accidentada y el relieve es menor a 5%, lo que evitaría zonas con exceso de humedad, y así no tener problemas de pudrición o de enfermedad de las plantas de Stevia, lo que reduciría perdidas en la cosecha.

METEPEC

Figura 2. - temperatura promedios de las zonas adyacentes a Metepec, así como la ubicación de la que es una zona probable para el cultivo de la Stevia.

8.1.7 DATOS GENERALES SOBRE LA ZONA DE CULTIVO El terreno consta de 200 Ha: la cual solo es una expectativa de la cantidad inicial del cultivo, porque lo que creemos, al ser una compañía grande se espera contar con más hectáreas de cultivo para tener una ganancia aún mayor. Mano de Obra: Al ser una zona poblada, además de ser una zona de cultivo, no creemos tener dificultades para encontrar gente para el trabajo de cultivo de la Stevia, lo que generaría nuevas fuentes de trabajo.

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Servicios con los que cuenta o Agua o Electricidad o Drenaje o Vías de comunicación o Fácil acceso.

8.1.8 UBICACIÓN DEL TERRENO DE SIEMBRA

Cabecera

Latitud

Latitud

Norte

Oeste

Altitud

Grados Min Grados Min Metros

Metepec

19

15

99

36

2,610

Tabla 1.- Ubicación de la zona de siembra.

Se encuentra cerca de Toluca y de la Nave Industrial a 12 Km, por lo que el transportar ya sea las hojas secas o la cosecha de Stevia sería rápida

8.1. 9 SUB-ARRENDAMIENTO DE TERRENO DE CULTIVO Usaremos el método que tienen algunas compañías que utilizan productos naturales en la elaboración de sus productos (Barcel), y es que en nuestro caso, después de haber logrado la Micropropagación por sembrado in vitro lo que haremos es rentar terrenos de cultivo, y así lograremos una reducción en nuestra inversión inicial. Equipo y recursos El equipo constara con un laboratorio de Micropropagación para el sembrado in vitro de la Stevia Para lograr la Micropropagación por sembrado in vitro y su posterior sembrado a tierra, se contará con el personal con conocimientos en Biología, para el trabajo a nivel laboratorio en cuanto a la micropropagación por sembrado in vitro de la Stevia, y así tener mayor cantidad de materia prima para iniciar el sembrado en tierra fértil de la Stevia.

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9. NAVE INDUSTRIAL Debido a la zona de cultivo ubicada en Metepec, Estado de México, se ha pensado en la necesidad de ubicar la planta industrial en un lugar estratégico como Toluca, Estado de México que ofrece las siguientes características, a través de sus parques industriales:

PARQUE INDUSTRIAL TOLUCA 2000 Tabla 2. Ubicación del parque industrial

Equipamiento industrial Energía eléctrica (kVA/ha)

400 Drenaje Pluvial (l/seg/ha)

72

Subestación eléctrica

SI Drenaje sanitario (l/seg/ha)

Red de gas

NO Descargas industriales (l/seg/ha) 0.4

Planta de tratamiento de agua

SI Espuela de ferrocarril

Agua potable (l/seg/ha)

0.5

0.4

NO

Urbanización Camino de acceso (m)

0

Nomenclatura de calles

SI

Guarnición (%)

100

Señalización

SI

Banquetas (%)

100

Mobiliario urbano

SI

Pavimentación (%)

100

Áreas verdes

SI

Alumbrado Público

SI Tabla 3. Ciudades más cercanas

Distancia a las ciudades más cercanas Ciudad Al centro de la ciudad DISTRITO FEDERAL NAUCALPAN TOLUCA

Km 10 50 52 10

16

Tabla 4. Puertos cercanos

Distancia a los puertos más cercanos Puerto VERACRUZ ACAPULCO ZIHUATANEJO

km 520 480 356

Tabla 5. Unidades habitacionales

Distancia a zonas habitacionales Zona habitacional CONJUNTO SAN JOSE TOLUCA METEPEC

km 3 10 12

Tabla 6. Servicios publicos

Servicios de Apoyo Asociación industriales Vigilancia Oficina administración

de SI

Guardería

SI

SI

Servicios médicos

NO

SI

Bancos

NO

Áreas recreativas Restaurantes

SI SI

Hoteles

NO

de

Sala de eventos especiales NO Mantenimiento SI Sistema contra incendio SI Estación de bomberos

NO

Área comercial

SI

Gasolinera

NO

Aduana interior

NO

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10. PROCESO DE OBTENCIÓN DEL EDULCORANTE

10.1 PARTE EXPERIMENTAL Para llevar a cabo la extracción del edulcorante a nivel laboratorio se procedió de la siguiente manera:

Proceso de secado:

Por lo general el termino secado se refiere a la eliminación de humedad en una sustancia. Por ejemplo, un sólido húmedo, como madera, tela o papel puede secarse por evaporación de la humedad ya sea en una corriente de gas o sin el beneficio del gas para acarrear el vapor. Se contó con hojas de la Stevia Rebaudiana B. las cuales se secaron con una balanza de humedad a una temperatura de 35oC por un periodo de tiempo de 2 horas, esto con el fin de calcular la masa en base seca. Los datos experimentales se muestran en el apéndice J

Molienda de las hojas Este proceso se lleva a cabo con la ayuda de un mortero y pistilo hasta obtener un polvo muy fino que se tamizo con un tamaño de malla No. 5 el cual se mezclaría con el solvente de extracción que fue metanol

10.2 EXTRACCIÓN i) Extracción del esteviósido por medio del Soxhlet.

Las hojas de Stevia ya secas, molidas y tamizadas (1 g) se colocan en un cartucho y se coloca dentro del Soxhlet, así mismo en el matraz de bola se tiene metanol puro al 100%. (Bondarev, et.al 2000 ) y este proceso de extracción se hace por periodos de tiempo cortos al día ( 4 hrs.) vease apéndice “extracción del esteviósido con metanol por Soxhlet”

18

Una vez que se tiene el concentrado (aproximadamente 150 ml), se coloca en un rotavapor, para así tener un residuo, este procedimiento se lleva a cabo a 700C. Al tener este ser analiza por medio del HPLC, y así conocer las cantidades de esteviósido encontrado en la cantidad de hoja utilizada para este experimento.

10.3 IDENTIFICACIÓN Y CUANTIFICACION DE LAS MUESTRAS OBTENIDAS POR LA EXTRACCIÓN CON METANOL

Análisis de los SGs por HPLC Las muestras son analizadas con un aparato cromátografico (Agilent serie 1100) con calibración de 10-ml y detección a 210 nm, las muestras son cromatografiadas con una columna (Zorbax para carbohidratos ) Para saber el contenido de esteviósido en las hojas de Stevia, se inyecta una cantidad conocida al HPLC y el pico que aparece se cálcula el área bajo la curva con ayuda del software.Los cromatógramas se mostraran más adelante, para así compararlo con los estándares que también serán analizados (ver apéndice I)

FIGURA 3 .- Cromatógrafo de líquidos de alta resolución HP.

19

10.4 RESULTADOS 10.4 .1 SECADO

Peso de la hoja fresca de Peso de la hoja seca de Stevia (mg) a T = 350C Stevia (mg). 18.0 7.5 28.0 11.0 46.0 13.0 55.0 15.6 77.0 18.0 90.0 21.0 106.0 25.2 125.0 26.5 160.0 32.5 Tabla 7.- Peso seco obtenido por medio del TGA ( análisis termo-gavimétrico)

Gráfica 2.- Representación gráfica de la tabla 11, teniendo un comportamiento lineal.

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RESULTADOS

10.4.2 EXTRACCIÓN DEL ESTEVIOSIDO USANDO METANOL AL 100%

Peso de la hoja seca de Stevia (mg) Cantidad de esteviósido (µg/hoja seca) 18 1800 30 2850 36 3250 39 3700 Tabla 8.- Cantidad de esteviósido obtenido por medio del HPLC, una vez calculado el área bajo la curva que se tiene en el Cromatógrama.

Gráfica 3.- Representación gráfica de la tabla 12, teniendo un comportamiento aproximadamente lineal.

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10.5 ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS POR LA EXTRACCIÓN DEL EDULCORANTE CON METANOL.

En el proceso de secado observamos un periodo de secado decreciente sin embargo el proceso es llevado a temperaturas bajas pues se tienen hojas con alto contenido de humedad (78%) y las temperaturas altas podría dañar el producto, y así se tiene que el secado para un 5% de humedad tarda 1.7 hrs. a T= 35 0C. Al cabo de este tiempo se tiene un peso total de hoja seca de aproximadamente 25 % de peso seco con respecto al peso húmedo de hojas de Stevia.

Así mismo en la segunda gráfica se observa que el % de esteviósido total obtenido de las hojas secas es de aproximadamente el 9%, sin embargo en la literatura se destaca el hecho de que este porcentaje varia de acuerdo al tipo y genero de la planta, y en este proyecto se cuantifico las plantas desarrolladas por micropropagación en el laboratorio de biotecnología vegetal.

Sin embargo en este

proceso se utiliza metanol al 100% como solvente de

extracción y esto implicaría reducir en el proceso industrial al metanol hasta la medida permisible (200 ppm), además de que resultaría extremadamente caro el proceso por la cantidad de metanol a utilizar, por lo que se pretende buscar una alternativa que sea más barato, libre de solventes tóxicos, fácil de adquirir y minimizar el riesgo de utilizar un componente altamente volátil.

Una alternativa es la extracción con fluido supercrítico el cual es un proceso libre de solventes orgánicos, que resultan ser no tóxicos, no flamables, fácil de adquirir y barato, por ende se siguió la investigación de este proceso.

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11. EXTRACCIÓN CON FLUIDOS SUPERCRITICOS

La extracción con fluidos supercríticos (SCE) en ingles (SFE) es un proceso de separación que hace uso del poder de solvatación de ciertos fluidos cuando estos se encuentran por encima de sus condiciones críticas tanto presión como temperatura, para fraccionar mezclas de compuestos o separar compuestos orgánicos de componentes inorgánicos.

Este proceso maximiza la recuperación y la calidad del material extraído, además de minimizar los costes energéticos, debido a que es más rápido y selectivo que los métodos convencionales de separación. Es altamente efectivo para aplicaciones en los procesos químicos, farmacéuticos, alimentarios, en la eliminación de residuos y en la industria del petróleo.

Los fluidos supercríticos, poseen propiedades intermedias entre las correspondientes a gases y líquidos: alta difusividad y alta viscosidad junto con su alto poder de solvatación. Aquellos solventes con temperatura crítica debajo de 373 0K tienen que ser también investigados. Un solvente particularmente deseable, y es particular para el extracto de químicos indeseables, valiosos, o sensible al calor de los productos naturales como alimentos, es el Dióxido de carbono con una moderada presión critica una alta densidad critica y una temperatura critica cercana a la temperatura ambiente.

23

11.1 ¿QUE ES EL CO2 SUPERCRITICO?

El Dióxido de carbono lo encontramos en su estado natural como un gas y está en su estado de fluido supercrítico cuando ambos presión y temperatura son iguales o exceden el punto critico de 310C y 73 atm. De esta forma el estado supercrítico del CO2 tiene cualidades como gas y como líquido. Y es esta característica dual la que provee las condiciones ideales para extraer compuestos con un alto grado de recuperación en un corto periodo de tiempo.

Como dióxido de carbono es inflamable, no corrosivo, no toxico en bajas concentraciones, muy disponible, barato y seguro es el solvente mas utilizado en la industria. La separación del dióxido de carbono del soluto es siempre posible por una simple reducción de la presión del extracto. Algunas de las aplicaciones en las que el dióxido de carbono supercrítico ha sido utilizado son: la de extraer la cafeína del café, la piperina de la pimienta, la capsina de los chiles, aceites de la nuez de moscada y la nicotina del tabaco.

Los equipos importantes que conforman un proceso de extracción supercrítica y su operación es la siguiente: primeramente tenemos al extractor (contiene las semillas o lúpulos para que los saborizantes o aceites sean extraídos), el compresor (para recircular el dióxido de carbono), la válvula de reducción de presión (para reducir la presión del gas), y finalmente el separador. (Para recolectar el saborizante o el aceite extraído y separar el dióxido de carbono). En la operación del proceso de extracción, el dióxido de carbono es comprimido a la presión seleccionada, por ejemplo: 4000 psi (272.19 atm) y la temperatura puede ajustarse a 500C, ya que a estas condiciones es un fluido supercrítico.

24

Procesos a gran escala usando Extracción con fluidos supercríticos (SCE) Productos naturales • Aceite de rosas • Extracción de aceites esenciales • Saborizantes y fragancias • Extracto de nicotina • Extracción de pigmentos naturales Productos farmacéuticos • Producción de drogas sintéticas • Separación de isomeros • Purificación de drogas(por ética) • Enzimas catalizadoras de reacciones • Remoción de solventes residuales • Cristalización de micropartículas de drogas Limpieza • Componentes electrónicos • Partes de precisión Polímeros • Terminación de fibras textiles • Solventes residuales y monómeros para polímeros • Reacciones químicas y síntesis de polímeros • Monómeros para empaques

Alimentos • Extracto de lúpulo • Descafeinización • El colesterol de la mantequilla • Ácidos grasos de la cebada • El extracto del aceite de semilla Textiles • El tinte con SCE

•

Lanolina de lana y cuero

El chaleco tejido de estambre se tiño usando SCE. Nutraceuticos • Licoponas • Beta carotenos • Biosaborizantes

25

11. 2 Extracción del esteviósido por medio del extractor con fluido supercrítico.

Se utilizó un extractor de extractor de fluido supercrítico SFX-2-10, que se encuentra en la UNAM, en el àrea de alimentos, bajo la asesoría del Dr. Eduardo Barzana y la Dr. Sandra Pérez. (ver apéndice E).

Datos experimentales obtenidos en un aparato de extracción supercrítica para el caso de la Stevia Los resultados se muestran en el apéndice , variando presión y temperatura para así conocer cual es el máximo porcentaje de recuperación obtenido por la extracción supercrítica, estos análisis se muestran en la grafica siguiente:

% de recuperación

Cantidad de esteviósiodo recuperado en las hojas de Stevia

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0

40

50

60

70

80

90 100 110 120

30 20

10

Tiempo de extracción (min) Gráfica 4. La muestra a la cual se le extraerá el esteviósido contiene 0.5 mg de hojas de 0 Stevia con las siguientes condiciones: T = 40 C y P = 368 atm con fluido de extracción supercrítica (CO2)

26

11. 3 ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS POR LA EXTRACCIÓN DEL EDULCORANTE CON FLUIDO SUPERCRITICO. En este experimento se obtuvo que la presión ideal de extracción para la máxima recuperación de esteviosido fue de 368 atm, y a una temperatura de 40 0C, a un tiempo de 2 hrs, para conocer la cantidad máxima de esteviosido extraído, sin embargo después de un tiempo de 90 min se determino que el porcentaje de recuperación máxima fue de 88.4 % de esteviósido.

12. PROCESO

12.1 PROCESO DE OBTENCIÓN DEL ESTEVIOSIDO Este importante edulcorante se obtenía anteriormente por una extracción con metanol. Sin embargo, este solvente deja residuos que pueden causar serios daños a la salud, otro método es el intercambio iónico el cual resulta un tanto complejo por tratar de encontrar la resina adecuada para dicha separación.

12.2 Materia Prima

La principal materia prima son las hojas de estevia, las cuales se obtendrán de la técnica de micropropagación y la posterior sembrado a tierra. Se pretende cultivar 200 Ha para que la inversión sea redituable y con una recuperación a un tiempo razonable.

27

12.3 Proceso propuesto

El proceso que a continuación se propone, está basado en la recuperación del esteviósido con dióxido de carbono supercrítico sustentada en un extractor de lecho fijo.

DIAGRAMA DE PROCESO agua

Justificación: El dióxido de carbono puede llegar a ser un buen disolvente si se utiliza a

condiciones supercríticas, es decir superior a 73.5 atm y 32.5 0 C , por lo cual se utilizó una presión de 400 atm y una Temperatura de 50 0C, pues este gas no es toxico, ni flamable además del hecho de ser barato, además el hecho de ser un proceso simple, limpio y libre de algún tipo de solvente orgánico.

28

12.4 CROQUIS DE LA PLANTA INDUSTRIAL

E1= Extractor 1 S1= Separador 1

TANQUES DE CO2

S1

E1

29

13. CAPACIDAD A INSTALAR, MONTO DE LA INVERSIÓN, Y CAPITAL DE TRABAJO. La planta esta diseñada para producir 111 ton/año de esteviósido pensando en cubrir la demanda del país y exportar en caso necesario.

Monto de inversión:

17,000,000 de Dólares

Inversión fija :

27,000,000 de Dólares

Capital de trabajo

10,000,000 de Dólares

Inversión Total:

37,000,000 de Dólares

La tasa interna de retorno esta dada por:

Tasa de retorno =

ganancia por año inversion total

Tasa de retorno =

32, 000, 000 37000, 000

Tasa de retorno = 0.865

estos es indicativo que la inversión se recuperará en poco tiempo ( ver anexos de Excel).

30

13.1 Personal Personal

Obreros

Técnicos

Mantenimiento

Actividad Personal .- Alimentar al extractor y supervisar la temperatura y la presión así como el flujo .- Supervisar los intercambiadores de calor (flujo, presión, temperatura, bombas y compresores del proceso, así como el separador -Supervisas la bomba de desplazamiento, el extractor, las válvulas, así como el separador

.-Limpieza de oficinas y espacio de la planta .-Limpieza del equipo de la planta

Número de empleados en la planta Mano de obra Operador Laboratorista Almacenista Obrero general Jefe de mantenimiento Ingeniero de turno Administrativos Vigilante Secretarias Importe total

Personas por turno 2 1 2 3 1

Número de turnos 3 3 3 3 3

Total de personas 6 3 6 9 3

Sueldo diario 111.69 148.92 74.46 74.46 223.38

Sueldo anual 40766.85 54355.8 27177.9 27177.9 81533.7

1

3

3

297.84

108711.6

3 2 3

1 3 1

3 6 3 42

260.61 74.46 111.69

95125.65 27177.9 40766.85 502791.15

31

La organización de la compañía se presenta a continuación

Organigrama de la planta Gerente general Gerente de vantas

Gerente de personal

Ingeniero de planta

Agente de ventas

Contador

Técnicos

Agente de compras

Secretaria

Obreros

Secretaria

Mantenimiento

Secretria Ayudante general Laboratorista

13.2 Costos de producción Los costos de la producción se cuantifican sumando los costos anuales del dióxido de carbono, y las hojas de Stevia;

MATERIA

CANTIDAD

PRECIO

COSTO

PRIMA

ton/año

$/ton

$/año

Hojas de Stevia Seca

1400

1000

1,400,000.00

Dioxido de carbono

600

10000

6,000,000

Tabla 3-. Costo de producción anual que se requieren para la producción de 111 ton de esteviósido.

32

Los costos de servicios se calcularon como un porcentaje del costo total de instalación para cada uno de los equipos, por lo que sumando los costos de cada equipo se obtiene el total siguiente. Costos de servicios Cserv= 268,666

sumando los costos de mano de obra Costos de mano de obra Cmano= 54,000

se tiene un valor de producción de: Costos de producción Cproduc= 10,147,658

USD

13.3 Ganancia/ año

Producto Esteviósido

Cantidad Ton/año 111.38

Precio $/ton 300,000

Ganancia $/año 33,415,200

Tabla 4.- Como se observa en la tabla, la ganancia anual es redituable comparado con la inversión fija, es decir se puede recuperar el costo de la inversión en un periodo de tiempo corto.

33

14. RESULTADOS DEL DISEÑO 14. 1 CARACTERÍSTICAS DEL EQUIPO UTILIZADO EN EL PROCESO

Condensadores

Como el nombre lo indica un condensador de vapor es un dispositivo en el cual el vapor es condensado. El calor latente que cede el vapor en el proceso de condensación, lo recibe el refrigerante, constituido por agua. El vapor que entra en un condensador sale en forma de condensado, mientras que la temperatura del agua refrigerante que pasa a través de l condensador es mayor a la salida que a la entrada.

Tanques de almacenamiento Son receptáculos empleados para retener transportar o almacenar líquidos y gases. por lo común, se obtiene el costo mínimo con una forma cilíndrica horizontal y el fondo relativamente plano al nivel del terreno. El diseño preliminar de un tanque de almacenamiento es directo y elemental solo se necesita saber su tamaño, temperatura, presión y condiciones de exposición. a causa de sus grandes superficies, los tanques de almacenamiento no pueden sostener diferencias de presión apreciables, la presión se libera automáticamente en los tanques que tienen techos flotantes los cuales pueden moverse libremente. Los tanque elevados pueden proporcionar un flujo grande cuando se requiere pero las capacidades de bombeo no deben de ser de más del flujo promedio. en esta forma es posible ahorrar en inversiones de bombas y tuberías. un medio eficiente de evitar las perdidas por ventilación es el utilizar un tanque de volumen variable.

34

Bombas La mayoría de los procesos en las industrias de procesos químicos incluyen la conducción de líquidos o transferencia de un valor de presión o de energía estática a otro, la bomba es el medio mecánico para obtener esta conducción o transferencia. Las ventajas primordiales en el uso de bombas centrífugas son: la simplicidad, el bajo costo inicial, el flujo uniforme ( sin pulsaciones), el pequeño espacio necesario para su instalación, los costos de mantenimiento y su capacidad de adaptación para su uso con impulsor de motor o turbina. 14.2

LISTA DE EQUIPOS DEL PROCESO Equipos Compresor

cantidad 1

Calentador

2

Extractor de acero inoxidable 316L

1

Bombas

1

Secador rotatorio

1

Separador

1

Tanques de almacenamiento Bomba de Desplazamiento positivo con cabezal enfriado

4

Molino de rodillo liso

1

Condensador

2

1

Función Circulación de aire atmosférico a una presión de 2 atmósferas elevar la temperatura del dióxido de carbono antes de entrar al extractor. Esta soportara las presiones altas y así llevara a cabo la extracción con fluido supercrítico. alimentar agua al condensador a la salida del separador. Para secar las hojas de Stevia. Separa el dióxido de carbono del sólido (esteviósido) almacenar, butano, maleico, agua y acetona Esta bomba es para elevar la presión del dióxido de carbono a temperaturas bajas. Esta servirá para moler las hojas de Stevia remover calor para hacer liquido al dióxido de carbono.

35

APÉNDICE A Preparación de las soluciones para medio MS(MURASHIGE SCOOK) •

Solución de fierro-EDTA(10x) en 1000mL.

1. Disolver 5.75 g de FeSO4.7H2O en 350 mL de agua, aplicando calor si es necesario. 2. Disolver 7.45 g de Na2EDTA en 350 mL de agua, aplicando calor si es necesario. 3. Cuando ambas soluciones se hayan disuelto, combinarlas y aforar todo a 1000 mL, conservar en frasco ámbar y refrigerarlo. 4. Use 5 mL por litro de medio MS(Murage Skoch) •

Solución de macronutrientes MS(10x), g/L. COMPUESTO

MASA POR LITRO

KNO3

19.00

NH4NO3

16.50

MgSO4.7H2O

3.70

.

•

CaCl2 2H2O

4.40

KH2PO4

1.70

Solución de micronutrientes MS(100x), mg/100mL. COMPUESTO H3Bo3 MnSO4.4H2O ZnSO4.7H2O Na2MoO4.2H2O CuSO4.5H2O CoCl2.6H2O

•

MASA POR LITRO 620 2230 860 25 2.5 2.5

Solución de vitaminas (100x), mg/100mL. COMPUESTO

MASA POR LITRO

Ácido nicotínico

50

Tiamina–HCl

50

Piridoxina HCl

10

Mio-Inositol

1000

36

Medio de cultivo en medio MS (1000 ml) El medio de cultivo que se utilizo para llevar a cabo la siembra de los explantes de Stevia, esta compuesto de las siguientes soluciones, con el fin de proporcionar a la planta un sistema rico en nutrientes, vitaminas y minerales para su buen crecimiento. Solución Agua Macronutrientes Micronutrientes Vitaminas Fierro EDTA

Volumen(mL) 400 50 10 10 5

Solución Sacarosa Ácido Indolbutírico Phytagel

Masa(g) 10 0.01 2.5

PROCEDIMIENTO: En un matraz Erlenmeyer de 2L, se mezclan todos los compuestos de la solución antes mencionados en las tablas anteriores, la solución debe estar en continua agitación, para tener una mezcla bien integrada. El AIB se debe disolver en Hidróxido de Sodio con una concentración (1N) antes de agregarlo a la solución. Se debe medir el volumen de la solución agitada, para posteriormente aforar al volumen requerido. Medir el pH de la solución el cual debe estar en un valor de [5.8] es decir ajustar el medio. Agregar el Phytagel después de medir el pH, a continuación se pone a calentar la solución, hasta que hierva por un tiempo de 5 min aproximadamente, se deja enfriar por otros 5 min. El Phytagel se usa con el fin de obtener un medio de cultivo sólido para el sembrado de la Stevia. Una vez fría la mezcla se coloca en tubos de ensaye, los necesarios de acuerdo al volumen de 1000 mL. Se procede a esterilizar en autoclave. La operación se lleva a cabo hasta una presión de 1 (Pa), después de lograr esto se deja por un tiempo de 15 minutos y se apaga el autoclave.

37

APÉNDICE B EQUIPO DE SECADO 0

Utilizando TGA a 35 C se obtuvo la siguiente curva de secado. Temp.: 10 0C hasta 200 0C. Estabilidad: ± 0.15 0C Dimensiones: 140 * 410 * 435 mm Peso : 15.2 kg

Húmedad (kg humedad/kg de sólido seco)

Curva de secado 5 4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

tiempo (hr)

Gráfica 5.-. La correspondiente gráfica representa la humedad en base seca, así mismo el periodo de secado se comporta de manera decreciente con respecto al tiempo, del cual se logro el secado de las hojas de Stevia hasta un 5% de humedad.

38

APÉNDICE C Cuantificación de la cantidad de esteviósido por medio de soxhlet

Las hojas de Stevia secas (1 g) son mezcladas con metanol puro por tres horas en un Soxhlet, utilizando un cartucho de 50 ml. El extracto se concentró en un rotavapor y el residuo se trato por la técnica de HPLC(High Performance Liquid Chromatography), esto con el fin de identificar al esteviósido. Las condiciones de operación en el Soxhlet se llevo a cabo a T= 35 0C utilizando 150 ml de metanol puro. Las condiciones en el rotavapor fueron a T= 80 0C,

Fig4.- Equipo de soxhlet y rotavapor utilizados para la extracción del esteviósido.

39

APÉNDICE D

Análisis de las muestra obtenidas por medio del HPLC. Las muestras obtenida son analizadas con un aparato cromatográfico (Aligent serie 1100) con calibración de 10 µl con detección a 210 nm, la columna empacada (Agilent ZORBAX a 5 µm) se utiliza pues esta diseñada especialmente para azucares con las siguientes características del equipo: Compartimiento termostatico de columna. Calentamiento y refrigeración Peltier desde 10% bajo Tamb., hasta 80 0C. Soporta tres columnas de 30 cm. Dos intercambiadores de calor y contribuyen con volúmenes de solo 3 y 6µl. Modulo electrónico. Válvula opcional de alta calidad. Temp.: 100C hasta 80 0C. Estabilidad: ± 0.15 0C. Presión : ± 0.8 0C. Dimensiones: 140 * 410 * 435 mm Peso : 10.2 kg Todas la muestras están a las condiciones siguientes: # Fase móvil : Acetonitrilo al 75% # T: 30 0C # Velocidad de flujo : 1.4 ml/min # Inyección de la muestra: 5 ml.

Inyección de la muestra

Columna empacada (Agilent ZORBAX a 5 µm)

Figura 5.- HPLC (High Performance Liquid Chromatography) Agilent serie 1100, con columna empacada Agilent ZORBAX 5 µm

40

APÉNDICE E Cromatógramas de los Estándares de azúcares

Cromatógrama 1-. Estándar de Glucosa, indicando que este azúcar se detecta a un tiempo de retención de 13.30 mi n, este nos dará una comparativa con los cromatógramas de las muestras que serán analizadas posteriormente, utilizando diferentes cantidades de hoja seca de Stevia.

Cromatógrama 2-. Estándar de Stevia + azúcar refinada de caña, donde el esteviósido es el que tiene el tiempo de retención de 9.70 min.

Cromatógramas de las muestras de las hojas de Stevia utilizando extracción del esteviósido por medio del Soxhlet.

41

Cromatógrama 3-. Estándar del esteviósido donde su tiempo de retención(tR) de 9.68 min, utilizando algún método numérico se calculara el área bajo la curva, teniendo así la cuantificación de la cantidad de esteviósido encontrado en la extracción de la hoja de Stevia( peso seco =18 mg).

Cromatógrama 4-. Estándar del esteviósido con un peso seco de 30 mg, sin embargo aparecieron dos picos, el del tR = 13.30 pertenece a la glucosa, el otro pico a tR = 9.08 pertenece a la sacarosa,

Cromatógrama 4-. Estándar del esteviósido con un peso seco de 39 mg, apareciendo nuevamente la sacarosa.

42

APÉNDICE F

Extracción con Fluido Supercrítico

Extractor de fluido supercrítico SFX-2-10 Especificaciones del extractor Rango de Temperatura: Desde T ambiente hasta 150 0C estable ± 10C. Presión Máxima: 10,000 psi (dispositivo de control de seguridad 12,500 psi ± 750 psi) Cartuchos para muestreo: Cartucho de acero inoxidable de 0.5 ml (DI= 6.9 mm), 2.5 ml (DI= 7.6 mm) Restrictor proporcionado: capilar de acero inoxidable Recipiente de recolección: DI= 113 y 20 mm (8 y 30 ml) de tronollo enrroscable Requerimientos de poder: 110/117/234 VAC, 50/60 Hz, 820 watts máximo. Peso: 10 kg

Fig 6.- Equipo utilizado en la UNAM, bajo la asesoria del Dr. Eduardo Barsana

43

APÉNDICE G Datos experimentales obtenidos en un aparato de extracción supercrítica para el caso de la Stevia Se utilizo muestras pequeñas para conocer cuales serian las condiciones optimas de extracción para la recuperación máxima de esteviosido contenido en las hojas de Stevia. Se vario la presión desde la presión critica del dióxido de carbono (73.5 atm ) hasta 400 atm y se observo que la máxima recuperación era de 88.4 % a una temperatura de 400C. Así mismo se vario la temperatura sin embargo se observo que la temperatura debían ser bajas pues esta al incrementarse disminuía el porcentaje de recuperación. In f u e n c ia

d e

la

p r e s ió n

s o b r e

e l p o r c e n t a je

d e

r e c u p e r a c ió n

d e l e s t é v io s id o

1 0 0 9 0

R e c u p e r a c

8 0 7 0 6 0 5 0 4 0 3 0 2 0 1 0 0 0

5 0

1 0 0

1 5 0

2 0 0

P r e s ió n

2 5 0 (a tm

3 0 0

3 5 0

4 0 0

)

Gráfica 6 .- Efecto de la recuperación con respecto a la presión superior a la presión critica del dióxido de carbono In flu e n c ia

d e

la

te m p e r a tu r a

e n

la

re c u p e ra c ió n

d e l

e ste v ió sid o

1 0 0 9 0

%

R e c u p e r

8 0 7 0 6 0 5 0 4 0 3 0 2 0 1 0 0

C 1

4 0 T e m

p e r a tu r a

8 0 ( o

1 0 0

C )

Gráfica 7.- Comportamiento de la recuperación del esteviosido con respecto a la temperatura.

44

APÉNDICE H

SEGURIDAD

STEVIA REBAUDIANA BERTONI

- - - - - - - - - IDENTIFICACIÓN QUÍMICA- - - - - - - - - CATALOGO #: NOMBRE:

S5381 HOJAS STEVIA REBAUDIANA BERTONI

- - - - - COMPOSICIÓN/INFORMACION DE INGREDIENTES - - - - - CAS #:NINGUNO

- - - - - - - - - IDENTIFICACIÓN DE RIESGOS- - - - - - - - ETIQUETA DE DECLARACIONES PREVENTIVAS PRECAUCIÓN: EVITE CONTACTO E INHALACIÓN.

- - - - - - - - - - MEDIDAS DE PRIMEROS AUXILIOS- - - - - - - - - - SI TRAGO, LAVE LA BOCA CON AGUA PROCURE QUE LA PERSONA ESTE CONSCIENTE. LLAME A UN MEDICO. EN CASO DE CONTACTO CON LA PIEL, LAVE CON CANTIDADES COPIOSAS DE AGUA. POR LO MENOS DURANTE 15 MINUTOS. QUITE LA ROPA CONTAMINADA Y LOS ZAPATOS. LLAME A UN MEDICO. SI ES INHALADA, REMUEVA CON AIRE FRESCO. SI RESPIRA CON DIFICULTAD LLAME A UN MEDICO.

45

EN CASO DE CONTACTO CON LOS OJOS, LAVE CON CANTIDADE COPIOSAS DE AGUA POR LO MENOS DURANTE 15 MINUTOS. ASEGURE EL LAVADO ADECUADO SEPARANDO LOS PARPADOS CON LOS DEDOS. LLAME A UN MEDICO.

- - - - - - - - - MEDIDAS DE LUCHA CONTRA EL FUEGO- - - - - - - - - MEDIOS DE EXTINCIÓN ROCIO DE AGUA. DIOXIDO DE CARBONO, POLVO QUÍMICO SECO O UNA ESPUMA APROPIADA. PROCEDIMIENTOS ESPECIALES DE LUCHA CONTRA EL FUEGO ROPA DE PROTECCIÓN QUE CONTENGA EL USO DE UN APARATO RESPIRATORIO AUTONOMO PARA PREVENIR EL CONTACTO CON LA PIEL Y LOS OJOS.

. - - - - - - - - MEDIDAS DE DESCARGO ACCIDENTALES- - - - - - - - ROPA CON EQUIPODE PROTECCIÓN. BARRA Y PONGA EN UNA BOLSA PARA DISPOSICIÓN DE DESECHOS. EVITE EL POLVO QUE SUBE. VENTILE EL AREA Y LAVE EL SITIO DEL DERRAME, DESPUES DE HABER RECOGIDO EL MATERIAL COMPLETAMENTE.

. - - - - - - - - - - MANEJO Y ALMACENAMIENTO- - - - - - - - - - REFERIDO A LA SECCIÓN 8.

- - - - - - CONTROL DE EXPOSICIÓN/PROTECCIÓN PERSONAL- - - - - ROPA

APROPIADA

NIOSH/MSHA-RESPIRADOR

APROPIADO,

GUANTES

RESISTENTES A LOS QUÍMICOS, LENTES DE SEGURIDAD Y OTRA ROPA PROTECTORA

- - - - - - - PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS - - - - - - -

46

LA APARIENCIA Y OLOR HOJAS VERDES Y CAFES

- - - - - - - - -ESTABILIDAD Y REACTIVIDAD - - - - - - - - ESTABILIDAD ESTABLE. PELIGRO DE POLIMERIZACIÓN NO OCURRE

- - - - - - - - - INFORMACIÓN TOXICOLOGICA - - - - - - - EFECTOS AGUDOS PUEDE SER DAÑINO POR INHALACIÓN, LA INGESTIÓN O ABSORCIÓN POR LA PIEL. PUEDE CAUSAR IRRITACIÓN. LAS PROPIEDADES TOXICOLOGICAS NO HAN SIDO COMPLETAMENTE INVESTIGADAS.

. - - - - - - - - - INFORMACIÓN ECOLOGICA - - - - - - - - - LOS DATOS NO ESTAN DISPONIBLES TODAVIA.

. - - - - - - - - - CONSIDERACIONES DE LA ELIMINACIÓN- - - - - - DISUELVA O MEZCLE EL MATERIAL CON UN COMBUSTIBLE SOLVENTE Y QUEME EN UN INCINERADOR QUÍMICO EQUIPADO CON UN DISPOSITIVO DE POST-COMBUSTIÓN Y LIMPIADOR. OBSERVE TODAS LAS REGULACIONES FEDERALES, ESTATALES Y LOCALES MEDIO AMBIENTALES.

- - - - - - - - - - INFORMACIÓN DEL TANSPORTE- - - - - - - - AVISE A LA COMPAÑIA SIGMA-QUÍMICA PARA LA INFORMACIÓN DE TRANSPORTE.

47

- - - - - - - - - INFORMACIÓN REGULATORIA- - - - - - - - - INFORMACIÓN EUROPEA

PRECAUCIÓN: LA SUBSTANCIA NO ESTA PROBADA TOTALMENTE.

SECCIÓN 16. - - - - - - - - - - OTRA INFORMACIÓN- - - - - - - - - - - SE CREE QUE LA INFORMACIÓN ANTERIOR ES CORRECTA PERO, PERO NO PRETENDE QUE SEA TODO INCLUIDO. Y SOLO SE USARA COMO UNA GUIA. SIGMA-ALDRICH FLUKA NO SE HARA RESPONSABLE POR CUALQUIER DAÑO QUE RESULTE DE MANEJAR O TENER CONTACTO CON EL PRODUCTO ANTERIOR.

48

Los compuestos y sus características Aire: Desempeña un papel muy importante en la naturaleza; es indispensable para la vida de todos los seres , permite la combustión y la respiración; es el vehículo del sonido. Lo utiliza la industria tanto como en materia prima para muchas reacciones, tal como la oxidación parcial del butano como benceno,

así mismo para el secado de muchos

materiales como en este caso hojas de Stevia. El aire cuyo peso molecular cuyo peso molecular es 28.97 g/mol es un fluido transparente, inodoro, insípido y elástico, mal conductor del calor y la electricidad especialmente cuando esta ionizado. El aire esta compuesto básicamente por:

Nitrógeno

78.084 %

Oxígeno

20.947 %

Argón

0.934 %

Dióxido de carbono

0.0314 %

Neón

0.0018 %

Helio

0.0005 %

Metano

0.0002 %

Kriptón

0.0001 %

Oxido Nitroso

0.00005 %

Hidrógeno

0.00005 %

Xenón

0.0000087 %

49

Dióxido de carbono: El Dióxido de carbono se puede preparar por la oxidación

total de cualquier

compuesto orgánico; por calentamiento de algunos carbonatos, por la acción de un ácido sobre un carbonato etc. Es un gas incoloro, inodoro e insípido, es moderadamente soluble en agua ; 100 g H2O disuelven 0.154 g de C0” a 25 ºC

PM (g/mol)

44.01

P.f. (ºC y 5.2 atm)

217.5

Sublima a (ºK)

195

Temperatura crítica (ºK)

304.2

Presión critica (atm)

72.9

Calor de fusión

1.99

(kcal/mol g)

Calor de formación(kj/mol) a 25oC

393.6

Peso especifico (aire)

1.53

Densidad del gas(0ºC y 1 atm)

1.976

Densidad del líquido (25ºC y 1 atm)

914

El CO2 no es inflamable ni mantiene combustión, es muy estable pero se puede descomponer a 2000 ºC o más y reacciona hasta cierto punto con agua para formar ácido carbónico. En presencia de luz solar y de un catalizador (clorofila) , se combina con el agua para formar almidón o celulosa. Se usa como agente refrigerante y de congelamiento de helados , carnes y otros alimentos ; es importante como material extintor de incendios ; en síntesis químicas en estado gaseoso tal como la fabricación de ácido salicílico, en industrias de bebidas, etc. La concentración máxima permisible es de 5000 pmm en aire.

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APÉNDICE I

SEGURIDAD

DIÓXIDO DE CARBONO LIQUIDO Y GASEOSO

PRODUCTO QUÍMICO E IDENTIFICACIÓN DE LA COMPAÑÍA PRODUCTO: ANHÍDRIDO CARBÓNICO (MSDS NO. P-4574-H) NOMBRE COMERCIAL: ANHÍDRIDO CARBÓNICO NOMBRE QUÍMICO: SINÓNIMOS DEL ANHÍDRIDO CARBÓNICO: ANHÍDRIDO CARBÓNICO, ÁCIDO GASEOSO FÓRMULA: CO2 FAMILIA QUÍMICA: ÁCIDOS ANHÍDRIDOS

TELÉFONO DE EMERGENCIA: 1-800-645-4633 * NOMBRE DE LA COMPAÑÍA: PRAXAIR, INC. CHEMTREC: 1-800-424-9300 * 39 CAMINO DE RIDGEBURY VIEJO 1-800-PRAXAIR, CT 06810-5113,

LLAME A EMERGENCIA LAS 24 HORAS DEL DÍA PARA CASOS DE : DERRAMAMIENTOS, GOTERAS, FUEGO, EXPOSICIÓN, O ACCIDENTES.

PRODUCTO. PARA LA INFORMACIÓN RUTINARIA, AVISE A SU PROVEEDOR, PRAXAIR VENTAS REPRESENTANTE, O LLAMAR AL 1-800-PRAXAIR (1-800772-9247).

COMPOSICIÓN / INFORMACIÓN DE LOS INGREDIENTES ESTA SECCIÓN SÓLO CUBRE MATERIALES DE FABRICACIÓN

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PARA LAS MEZCLAS PERSONALIZADAS DE ESTE PRODUCTO, PÍDALE A UN MSDS PARA CADA COMPONENTE. VEA SECCIÓN 16 PARA LA INFORMACIÓN IMPORTANTE SOBRE LAS MEZCLAS. EL INGREDIENTE LA CAS NÚMERO CONCENTRACIÓN EL OSHA PEL ACGIH TLV-TWA EL ANHÍDRIDO CARBÓNICO 124-38-9 >99% 5,000 PPM * 5,000 PPM * * * EL SÍMBOLO> LOS MEDIOS “MAYOR QUE”; EL SÍMBOLO