Relación de extracción

2.38.6.1.1 Extracción sólido-Líquido (LES)

La extracción de compuestos fenólicos por LES se ha realizado tradicionalmente utilizando metanol, etanol, acetona o mezclas de estos disolventes con agua. Luego se puede realizar un fraccionamiento adicional mediante partición líquida (LLE), generalmente con hexano o acetato de etilo, que puede terminar en una limpieza por SPE o en un fraccionamiento por cromatografía en columna (Ajila et al., 2010). Por ejemplo, este flujo de trabajo tradicional se ha utilizado para obtener extractos enriquecidos en cucurbitacinas y flavonoides a partir de Ecballium elaterium, comenzando con un extracto crudo preparado por LES con etanol al 96% a una relación disolvente / muestra de 20 mL g−1. El fraccionamiento del extracto crudo con acetato de etilo produjo un extracto con actividades antioxidantes y antiinflamatorias (Bourebaba et al., 2018). Sin embargo, este no es el enfoque más respetuoso con el medio ambiente y se recomendaría reemplazarlo por estrategias que conduzcan a la reducción del consumo de disolventes, el tiempo y las etapas de evaporación.

El uso de agua pura es una de las opciones más baratas y fáciles de llevar a cabo el LES. Se utiliza ampliamente para preparar extractos de plantas, alimentos y desechos de alimentos para estudiar su composición química y sus posibles efectos en la salud. La utilización de LES con agua hirviendo es bastante interesante porque emula los procesos que ocurren durante la infusión o decocción de plantas, por lo que la composición de estos extractos debe ser similar al perfil químico de los tés de hierbas consumidos análogos. Además, los extractos de agua de residuos de alimentos con actividad biológica potencial pueden ampliarse fácilmente para la valorización de estos productos. Por otro lado, algunos metabolitos de plantas pueden sufrir hidrólisis durante la extracción o conservación de extractos acuosos y el agua es un buen medio para el crecimiento de bacterias (Belwal et al., 2018). La eliminación de disolventes también es una desventaja, ya que el agua no se evapora fácilmente y la liofilización requiere un alto suministro de energía y consume mucho tiempo; esto es comúnmente un paso requerido, porque los ciclos de congelación y descongelación producidos como consecuencia de la conservación de los extractos a bajas temperaturas pueden degradar los compuestos de interés. Estas desventajas suelen superarse mediante el uso de mezclas de agua con otros disolventes orgánicos.

Buenos ejemplos de aplicación de disolventes verdes para la extracción de compuestos fenólicos activos biológicos son varios estudios que se han publicado recientemente para el LES de compuestos fenólicos de diferentes especies de Salvia. Maceración de Salvia eriophora (Bursal et al., 2019) y Salvia amplexicaulis Lam. (Alimpić et al., 2017) con agua (10 mL g−1) se produjeron extractos prometedores con actividad inhibitoria contra enzimas como la acetilcolinesterasa (AChE), relacionadas con vías neurodegenerativas. Los extractos de agua de diferentes especies de salvia mostraron un perfil fenólico diferente, pero el perfil químico del extracto de etanol de la misma especie fue análogo al acuoso, por lo que el extracto alcohólico también fue bioactivo (Alimpić et al., 2017). En ambos estudios, el metanol también se probó como disolvente, ya que proporciona un alto rendimiento de compuestos fenólicos. El metanol es ligeramente más polar y más barato que el etanol, y es más fácil de evaporar debido a su punto de ebullición más bajo; sin embargo, debido a sus peores características ambientales, el metanol se reemplaza cada vez más por etanol o mezclas de etanol/agua. Sin embargo, a pesar del uso de disolventes verdes, el método de extracción propuesto consume mucho tiempo y puede mejorarse, ya que la extracción propuesta de S. eriophora y S. amplexicaulis Lam. se realizó durante 12 h y 24 h, respectivamente. La extracción bajo reflujo por medio de un extractor Soxhlet puede contribuir a reducir el tiempo necesario para recuperar los compuestos bioactivos de la muestra. Por ejemplo, la extracción de Soxhlet de compuestos bioactivos de granos de café verde con etanol se obtuvo en 5 h (Resende Oliveira et al., 2019).

El uso de etanol, agua y sus mezclas se ha empleado para la recuperación de compuestos fenólicos y flavonoides de subproductos de diferentes industrias alimentarias, con el objetivo principal de valorizar productos que generalmente se consideran residuos. Por ejemplo, el SLE que utiliza etanol al 80% en agua mostró una recuperación eficiente de polifenoles del orujo (piel y semillas) de diferentes variedades de vino tinto en la industria vitivinícola (Makris, 2018). Se utilizó una mezcla de etanol/agua 70:30 (v/v) para la recuperación de compuestos fenólicos de la cáscara de Citrus reticulata Blanco, otro subproducto industrial alimentario. El extracto se obtuvo hirviendo la muestra en el disolvente durante 60 min, con una relación disolvente-muestra de 20 mL g-1. El extracto purificado por SPE presentó actividad antiproliferativa contra las células de carcinoma de mama humano BT-475 (Ferreira et al., 2018). Este enfoque es bastante interesante desde el punto de vista de la Química Verde, ya que la valorización de un subproducto contribuye a la economía circular y la sostenibilidad, y el tiempo de extracción propuesto de 1 h para obtener extractos bioactivos es más viable que los tiempos de maceración que van de 12 h a 24 h. Incluso se propuso un tiempo de extracción más reducido para la recuperación de compuestos fenólicos bioactivos de las hojas de los kiwis (Actinidia deliciosa), considerados como un desperdicio de la industria frutícola. En esta aplicación, se utilizaron 10 min de agua hirviendo en una relación disolvente / muestra de 10 mL g−1, y el paso de LES fue seguido por la precipitación etanólica de las fibras. Se observaron efectos en el perfil proteico y efecto de inhibición sobre la AChE, mostrando el potencial del extracto de agua de este subproducto (Henriques et al., 2018).

Además de los compuestos fenólicos, las combinaciones de agua y etanol se utilizan ampliamente para la extracción convencional de carbohidratos. Por ejemplo, el LES con agua se ha utilizado para la extracción de polisacáridos interesantes del hongo Hericium erinaceus. Se utilizó agua hirviendo (15 mL g−1, 1h, dos veces) para obtener una fracción de polisacáridos en bruto y, después, se obtuvo una fracción de polisacáridos concentrada por precipitación de etanol. Este extracto fue sometido a precipitación proteica y dializado, para obtener un extracto refinado. Estas fracciones se suministraron a ratones por administración oral y se observó una mejora en la salud del colon (Wang et al., 2018c).

De todos los expuestos hasta ahora, se observa fácilmente que los compuestos fenólicos y los carbohidratos son moléculas polares adecuadas para extraerse con agua y etanol, pero se necesitan menos disolventes verdes polares para la extracción de moléculas como carotenoides o lípidos. Estos analitos no polares se han extraído tradicionalmente con mezclas de cloroformo / metanol y su sustitución por disolventes más respetuosos con el medio ambiente para el LES convencional es una tarea difícil. A este respecto, se ha propuesto un método sin cloroformo para la extracción total de lípidos de tejidos animales a base de LES con mezcla de butanol / metanol (3:1) (aprox. 10 µL mg-1) seguido de LLE con ácido acético al 1% y mezcla de heptano / acetato de etilo (3:1) (Löfgren et al., 2016). Este método fue superior a la recuperación de lípidos que el método Folch convencional basado en el uso de mezcla de cloroformo/metanol (2:1), y también mejor que la extracción de lípidos con metil terc-butil éter (MTBE). Sin embargo, no todos los disolventes utilizados en el protocolo propuesto son inocuos para el medio ambiente, aunque se incluye cualquier disolvente clorado.

Finalmente, vale la pena mencionar un ejemplo del uso de LES con disolventes ecológicos en aplicaciones de seguridad alimentaria. En este sentido, el método de extracción más popular para el análisis de residuos de plaguicidas es el llamado método QuEChERS (acrónimo de quick, easy, cheap, effective, rugged and safe), basado en LES seguido de SPE dispersivo (dSPE) para la limpieza de los extractos (http://quechers.cvua-stuttgart.de). Los pesticidas polares generalmente se extraen utilizando acetonitrilo o metanol antes de su análisis mediante cromatografía líquida de alto rendimiento (HPLC), pero se extraen menos pesticidas polares mediante el solvente de acetato de etilo respetuoso con el medio ambiente, análisis previo de cromatografía de gases (GC). Como ejemplos, dos métodos para el análisis de residuos de pesticidas en frutas y verduras (Uclés et al., 2014) y en caramelos (Gérez et al., 2017) se incluyen en la Tabla 1, ambas basadas en extracción de QuEChERS con acetato de etilo.