Parámetros cinéticos y de equilibrio de la extracción sólido-líquido del polvo de hojas de yerba mate

Abstract

La yerba mate (Ilex paraguariensis St. Hilaire) es un cultivo industrial de gran importancia económica para la provincia de Misiones. Durante la industrialización de la yerba mate se generan grandes cantidades de polvo de hojas, que por su baja granulometría no son agregados en su totalidad al producto terminado. Dada la composición química de la yerba mate, este subproducto puede ser empleado como fuente de bajo costo para la obtención de extractos con alto contenido de compuestos bioactivos. En este sentido, el estudio del equilibrio de la extracción sólido-líquido constituye la base para el cálculo de sistemas de extracción en una y varias etapas. El objetivo de este trabajo fue estudiar el equilibrio de extracción acuosa del polvo de yerba mate a distintas temperaturas. El polvo de hojas de yerba mate se caracterizó a partir de la determinación de la composición centesimal, de la distribución granulométrica y del contenido de sólidos solubles. La cinética de la extracción se determinó a distintas temperaturas para garantizar las condiciones de equilibrio, y los datos se ajustaron a tres modelos cinéticos. Los datos de equilibrio se estudiaron a distintas concentraciones a 35, 60 y 85 °C. En cada condición se determinaron el índice de retención y la composición del extracto y refinado en equilibrio. Los datos de equilibrio obtenidos se ajustaron a un modelo lineal y a una isoterma de sorción, y se emplearon para la construcción de diagramas de equilibrio triangulares y rectangulares. El polvo de hojas de yerba mate presentó una composición centesimal similar a la de la yerba mate elaborada y un contenido de sólidos solubles del 45,6%. La determinación de la granulometría indicó que el 64,2% de la muestra quedó retenida entre los tamices de malla 40 y 60. El modelo de extracción en dos pasos fue el que mejor ajustó a los datos cinéticos. El equilibrio a distintas temperaturas se alcanzó entre los 18,6 y 20 minutos. El índice de retención mostró pequeñas variaciones con la temperatura y la concentración del extracto, con un valor promedio de 8,25 g de extracto retenido por g de inerte. Los datos de equilibrio se ajustaron correctamente al modelo lineal, sin diferencias significativas entre 60 y 85 °C. Los resultados encontrados pueden ser aplicados al cálculo analítico o gráfico de sistemas de extracción a distintas temperaturas.

Yerba mate (Ilex paraguariensis St. Hilaire) is an industrial crop of great economic importance for the province of Misiones. During the industrialization of yerba mate, significant amounts of leaf powder are generated. Due to their low granulometry, this powder is not entirely added to the finished product. Given the chemical composition of yerba mate, this by-product could be used as a low-cost source for producing extracts with a high concentration of bioactive compounds. In this regard, solid-liquid extraction equilibrium provides the basis for calculating single-stage and multistage extraction systems. This work aimed to study the aqueous extraction equilibrium of yerba mate powder at different temperatures. The yerba mate leaf powder was characterized by its centesimal composition, granulometric distribution, and soluble solids content. The extraction kinetics was determined to assure equilibrium conditions at different temperatures. Kinetic data were fitted to three models. Extraction equilibrium was studied at varying concentrations at 35, 60, and 85 °C. At each equilibrium condition, the retention index and the composition of the extract and raffinate were determined. Equilibrium data were fitted to a linear model and sorption isotherm and used for assembling triangular and rectangular diagrams. Yerba mate leaf powder showed a similar centesimal composition to commercial yerba mate and a soluble solids content of 45.6%. The particle size analysis indicated that 64.2% of the sample was retained between the 40 and 60 mesh sieves. The two-step extraction model described the experimental kinetic data most accurately. The equilibrium at different temperatures was reached between 18.6 and 20 minutes. The retention index showed minor variations with both temperature and extract concentration, showing an average value of 8.25 g of retained extract per g of inert solid. The equilibrium data fitted the linear model adequately, with no significant differences between 60 and 85 °C. The results could be applied to analytical or graphical calculations of extraction systems at different temperatures.