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ISSN 2477-9105
Número 28 Vol.1 (2022)
DOI: https://doi.org/10.47187/perf.v1i28.190
1, 2, 3,
Universidad Central del Ecuador, Facultad de Ingeniería Química/ Facultad de Ingeniería y
Ciencias Aplicadas, Quito, Ecuador.
4
Investigador Independiente, Quito, Ecuador fedigarcia@hotmail.com
5
UInvestigadora Independiente, Quito, Ecuador gimnasio2183@yahoo.com
*sptoapantag@uce.edu.ec
En Ecuador existe gran variedad de plantas medicinales que no han sido aprovechadas a nivel industrial y una
de ellas es la planta de diente de león (Taraxacum ocinale), invesgaciones realizadas en la actualidad han
demostrado que poseen propiedades medicinales y de uso alimencio. En el presente trabajo se enfocó en
opmizar los parámetros de operación en el proceso de extracción por método Soxhlet a base de las hojas
secas de esta planta como materia prima. Para estudiar la inuencia de las variables en la obtención del
máximo rendimiento de extracción, se emplea el diseño experimental de Box Behnken donde se considera
los siguientes factores: empo de extracción, concentración de etanol, relación materia prima-solvente.
Ulizando análisis estadísco con los datos obtenidos experimentalmente se realizó un análisis de varianza
(ADEVA) que indica que el modelo estadísco polinómico es de segundo orden y se ajusta bien con un
coeciente de determinación R2 = 74.46. Además, se idencó que la inuencia del empo de extracción es
estadíscamente signicava en el proceso de extracción. Finalmente, las condiciones ópmas en el proceso
se alcanzaron como resultado un empo ópmo de extracción de 2h, concentración de etanol 96% (v/v) y una
relación materia prima – solvente de 35g/300ml.
Palabras claves: Diseño Box-Behnken, Extraccion sólido- líquido, Hojas de diente de león, Método Soxhlet,
Opmización.
In Ecuador there is a great variety of medicinal plants that have not been used industrially and one of them
is the dandelion plant (Taraxacum ocinale). Current research has shown that they have medicinal and food
use properes. The study focuses on opmizing the operaon parameters in the extracon process by Soxhlet
method based on the dried leaves of this plant as raw material. To study the inuence of the variables in obtaining
the maximum extracon yield, the Box Behnken experimental design is used, where the following factors are
considered: extracon me, ethanol concentraon, raw material-solvent rao. Using stascal analysis with
the data obtained experimentally, an analysis of variance (ADEVA) was performed, which indicates that the
polynomial stascal model is of second order and ts well with a coecient of determinaon R2= 74.46.
In addion, it was idened that the inuence of extracon me is stascally signicant in the extracon
process. Finally, the opmum condions in the process were reached as a result of an opmum extracon
me of 2h, ethanol concentraon 96% (v/v) and a raw material - solvent rao of 35g/300ml.
Keywords: Box-Behnken Design, Solid-liquid Extracon, Dandelion Leaves, Soxhlet Method, Opmizaon.
OPTIMIZACIÓN DEL PROCESO DE EXTRACCIÓN SOXHLET
DEL DIENTE DE LEÓN (Taraxacum ocinale) USANDO
CRITERIOS DE DISEÑO DE EXPERIMENTOS BOX-BEHNKEN.
RESUMEN
ABSTRACT
Dandelion (Taraxacum ocinale) soxhlet extracon process
opmizaon using box-behnken experiment design criteria.
Fecha de recepción: 04-06-2022 Fecha de aceptación: 02-08-2022 Fecha de publicación: 31-12-2022
ISSN 2477-9105
Número 28 Vol.1 (2022)
DOI: https://doi.org/10.47187/perf.v1i28.190
¹Silvia Toapanta Guanín*
³Jorge Santamaría Carrera
²Alejandro Delgado Araujo
⁴Edison García Narváez
⁵Rita Delgado Araujo
iD
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OPTIMIZACIÓN DEL PROCESO DE EXTRACCIÓN SOXHLET DEL DIENTE DE LEÓN (Taraxacum
officinale) USANDO CRITERIOS DE DISEÑO DE EXPERIMENTOS BOX-BEHNKEN
Toapanta, Delgado, Santamaría, García, Delgado.
I. INTRODUCCIÓN
El proceso de extracción sólido – líquido se ve
afectado por varios factores como la relación
materia prima/solvente, concentración de
solvente y empo de extracción (28).
Se han ulizado métodos de extracción
convencionales para la obtención de compuestos
o principios acvos de las plantas, una de ellas es
la maceración y ene como desventajas el mayor
consumo de empo, uso de candades grande de
solvente, mientras los métodos no convencionales
resultan ser más rápidos y ecientes (3, 29).
La extracción es una técnica fundamental para la
preparación de extractos de plantas medicinales.
Los compuestos de metabolitos secundarios
presentes en el material vegetal son extraídos
a parr de diversas técnicas, por aplicación de
trasferencia de calor, agitación entre otros de
acuerdo al método empleado (2, 25).
El extractor Soxhlet aún ene uso frecuente en los
laboratorios e industrias, ene ciertas ventajas
sobre otros métodos convencionales, método
disconnuo sencillo de ejecutar con el uso de
disolventes (20).
El diseño experimental Box-Behnken (BBD), es
una metodología de supercie de respuesta
que se ha ulizado para opmizar parámetros
de procesos. Es usada con éxito para evaluar las
condiciones de extracción y sus interacciones (27,
30).
El diente de león (Taraxacum ocinale) es
una planta perenne que pertenece a la familia
Asteraceae. Esta planta se culva en las regiones
templadas del mundo, en Europa, Asia y en
todo el hemisferio norte, esta planta conene
una gran variedad de metabolitos secundarios
como avonoides, triterpenos, cumarinas y
toesteroles (19, 27, 30).
Taraxacum ocinale es una rica fuente de una
variedad de vitaminas y minerales, incluyendo
betacaroteno, carotenoides, xantolas, clorola,
vitaminas C y D, muchas de las vitaminas del
complejo B, Fe, Si, Mg, Na, Zn, Mn, Cu y P (3).
Además de su uso medicinal, el diente de león es
un alimento y bebida nutriva (21).
A las hojas se le atribuyen propiedades
hipoglucemiantes, disminuyen los niveles de
glucemia, ayudando a prevenir, tratar o curar una
enfermedad u otro po de trastorno de salud
(6,17).
Las invesgaciones realizadas han reportado la
importancia del T. ocinale y muestran que los
extractos obtenidos de diferentes partes de la
planta conenen efecvidad anmicrobiana,
potencial aninamatorio, citotóxico y el efecto
en el comportamiento de enzimas hepácas
séricas en pollos de engorde (1, 3, 26). Además,
varios estudios aplicados a la salud, indican el
efecto de los extractos de la raíz y hojas enen
propiedades curavas para tratar diabetes po
2, cáncer, anorexia entre otras dolencias (9, 23).
De igual manera indican que los extractos de
hojas y raíces de T. ocinale ayudan a controlar
el nematodo agallador Meloidogyne incognita,
planteando una posible formulación de productos
nemácidas (7).
La importancia de la extracción consiste en el
aprovechamiento del material vegetal que no ha
sido explotado en su totalidad para la obtención
de extractos naturales de plantas medicinales
con mayor valor agregado para la industria
alimentaria, cosméca y/o farmacéuca por sus
caracteríscas funcionales, anmicrobianas o
anoxidantes (5, 14).
El objevo de la presente invesgación fue
opmizar las condiciones de operación para la
obtención del extracto de hojas de diente de león
(T. ocinale) y conseguir el máximo rendimiento
del proceso de extracción mediante método
Soxhlet ulizando el diseño experimental de Box
Behnken. Todo esto con la nalidad de que sea
aprovechada la planta debido a sus propiedades
medicinales.
Equipos y condiciones experimentales
Para la experimentación se usó etanol a varias
concentraciones de 96, 76, 56 % (v/v), agua
destilada y hojas secas de diente de león (T.
officinale), también se utilizó un extractor
soxhlet, molino triturador Oster, y filtrador al
II. MATERIALES Y MÉTODOS
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vacío. La extracción se efectuó en el laboratorio
de la Facultad de Ingeniería Química de la
Universidad Central del Ecuador (0°11'59. 0"S
78°30'35.4"W), ubicada en la ciudad de Quito,
a condiciones de temperatura y humedad
relativa de 20°C y 60% respectivamente.
Preparación del material vegetal
Las hojas de diente de león (T. officinale)
fueron recolectadas en la Parroquia San
Andrés del Cantón Píllaro (1°08'04.6"S
78°32'21.4"W), provincia de Tungurahua. La
planta se identificó visualmente en el sitio
basándose en sus características físicas.
Se tomaron aproximadamente 4 kg de
materia prima, se realizó una etapa de
lavado y desinfección para la eliminación de
microrganismos, a continuación, se secó a
temperatura ambiente y a la sombra durante
14 días. Las hojas secas se trituraron utilizando
un molino triturador Oster hasta obtener un
tamaño de partícula pequeño, luego fueron
almacenadas en recipientes de plástico para
mantener el producto en buenas condiciones
antes de su procesamiento.
La metodología fue desarrollada mediante
revisión bibliográfica y en base a método de
prueba y error.
Método de extracción Soxhlet
El método consiste en la extracción de
bioactivos que contienen las hojas de la
planta mediante la adición de un solvente
para obtener el producto deseado.
El proceso de extracción se realizó como se
observa en la figura 1 donde las hojas fueron
secadas a temperatura ambiente durante 14
días, luego se pesaron 35 g de muestra y se
colocaron en el equipo Soxhlet a diferentes
condiciones experimentales como: tiempo
(2, 4 y 6 h), concentración de solvente 56,
76 y 96 %(v/v) y relación de materia prima/
solvente (35:300, 35:350, 35:400 g/ml).
Después se realizó la filtración al vacío para
eliminar los residuos del material vegetal de
los 17 ensayos realizados y fueron recogidos
en frascos de vidrio de color ámbar para evitar
la degradación por luz.
En la tabla 2 se muestra el diseño experimental de
Box-Behnken cuyo modelo estadísco consta de
tres factores A, B, C cada uno con sus condiciones
de operación, también cuenta con tres niveles
(alto, medio, bajo) y con 5 repeciones de puntos
centrales dando un total 17 corridas experimentales
y así determinar los parámetros más signicavos
en el proceso de extracción de hojas del diente de
león (T. ocinale) por método Soxhlet. Las variables
independientes se evalúan en función de los
rendimientos de extracción.
Figura 1. Diagrama del proceso de extracción de hojas de diente de león.
Tabla 1. Variables independientes y nivel de factores elegidos para
los ensayos.
Diseño experimental
Este diseño se aplica cuando se enen tres o más
factores, y suelen ser ecientes en cuanto al número
de corridas. Es un diseño rotable o casi rotable que
se disngue porque no incluye como tratamientos a
los vérces de la región experimental (22).
En la experimentación se pretende hallar el efecto
de los factores en el proceso de extracción sólido-
líquido.
En la tabla 1 se muestra los factores de estudio: A
(empo de extracción), B (concentración de etanol)
y C (relación materia prima/solvente).
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officinale) USANDO CRITERIOS DE DISEÑO DE EXPERIMENTOS BOX-BEHNKEN
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Tabla 2. Diseño experimental Box-Behnken (BBD) y valores de respuesta para opmización de las condiciones de extracción.
El objevo nal de la metodología de análisis
de supercie de respuesta (ADS) consiste
en determinar las condiciones ópmas de
operación para un sistema o una región del
espacio de factores en la que se sasfacen las
especicaciones operavas (10).
El diseño experimental planteado busca opmizar
las condiciones del proceso de extracción, de esta
manera obtener el rendimiento máximo, esto se
dene ulizando una regresión lineal de los datos
experimentales.
La variable de respuesta Y (%), se expresa como
una función lineal de los factores experimentales,
interacciones entre los factores, términos
cuadrácos y término del error, por lo tanto, el
modelo estadísco fue ajustado de la siguiente
manera como se indica en la ecuación 1 (16,24).
Donde:
Y: variable de respuesta (% Rendimiento).
β0: termino de intersección o constante.
βi, es el término dependiente o el efecto lineal
del factor de entrada xi.
βii: efecto cuadrático del factor de entrada xi.
βij: efecto de interacción lineal- lineal entre el
factor de entrada xi y xj (13,15).
El diseño experimental y el análisis estadístico
se lo llevó a cabo utilizando el software de
Statgraphics Centurion XVI ®.
Se analizaron los resultados usando el
software de Statgraphics Centurion XVI ®,
para el análisis de varianza con la necesidad
de encontrar los efectos de los parámetros
principales y hallar las condiciones óptimas
para el rendimiento por extracción Soxhlet.
III. RESULTADOS
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Ajuste del modelo.
En la tabla 3 se puede apreciar los resultados
del ADEVA y se determinó el modelo ajustado
de una ecuación polinómica de segundo orden
utilizando los coeficientes de determinación,
el modelo tiene un R
2
=74.46 de la variación
total del rendimiento de la extracción.
También se analizaron a un nivel de
significancia del 0.05 el factor A (tiempo de
extracción) con un valor-p inferior a 0.05, se
concluye que es estadísticamente significativo
manifestando que existe una relación entre
el tiempo de extracción y el rendimiento.
La ecuación 2 del modelo ajustado se representa en términos de los factores de la regresión lineal.
Por otra parte, los factores B (concentración
de etanol) y C (relación soluto/solvente) con
un valor p mayor 0.05 no son significativos a
un nivel de significancia del 5% por lo tanto
no influye en el rendimiento del extracto de
diente de león.
La interacción de los parámetros CC (relación
soluto/ solvente) fue significativa con un
valor p menor a 0.05, sin embargo, el resto
de interacciones entre los parámetros no son
significativos entre el tiempo de extracción
y la concentración de etanol debido a que
tienen un valor p mayor a 0.05.
Tabla 3. Análisis de varianza (ADEVA) para el rendimiento
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Análisis de superficie de respuesta
De igual manera se trazaron grácos de supercie para ilustrar la interacción de las variables
independientes con la variable dependiente permiendo determinar los parámetros ópmos en el
proceso de extracción.
La gura 2 indica la gráca de supercie de respuesta, donde se puede apreciar que la concentración
de etanol y el empo de extracción enen efecto sobre el rendimiento dando un valor aproximado del
90%.
Opmización del proceso de extracción
La tabla 4 muestra el diseño estadísco aplicado
puede alcanzar un rendimiento máximo de
87.9% para la extracción de hojas de diente de
león (T. ocinale) con las siguientes condiciones:
concentración de etanol de 96%, empo de 2h,
una relación materia prima/ solvente de 35:350
(g/ml).
En la gura 3 se muestra el diagrama de Pareto donde se observan las variables de A (empo) y el
efecto CC (relación soluto/solvente) inciden en el rendimiento del proceso de extracción.
Figura 2. Supercie de respuesta para el rendimiento.
Figura 3. Diagrama de pareto para rendimiento.
Tabla 4. Condiciones ópmas de supercie de respuesta para el pro-
ceso de extracción