MEMORIA
CAPÍTULO 1. prólogo
1.1. Motivación y justificación técnica.
El fruto (algarroba) cuyos componentes objetos de estudio se trata de un cultivo tradicional en un amplio número de países mediterráneos, siendo España el mayor productor a nivel mundial, (con la Comunidad Valenciana aportando casi la mitad de la recolecta nacional), con una media de producción de unas 70.000 toneladas anuales CITATION Pro18 l 3082 (El Portal de la Algarroba – Producción Española, 2018).

De éste se obtienen, de manera tradicional, tres subproductos principales: la pasta de algarroba, obtenida a partir de la pulpa, y la goma y harina de garrofín, ordenadas en orden creciente de valor añadido. Sin embargo, la algarroba también presenta otros componentes que pueden resultar de alto interés para diversas industrias, pero cuyo estudio relativo a la obtención y aplicación se encuentra considerablemente menos desarrollado.
Entre estos componentes, el más abundante serían los azúcares, de especial interés para el sector alimentario, y otros más minoritarios serían compuestos fenólicos, aminoácidos y ácidos orgánicos, incluso mineralesCITATION Aya07 l 3082 (Ayaz, 2007). Además, hay estudios que proponen que la algarroba es el fruto con mayor contenido en D-pinitol, un polialcohol cíclico con numerosos beneficios en distintos aspectos y de alto valor añadido CITATION Kim05 l 3082 (Kim, 2005), CITATION Tur14 l 3082 (Turhan, Relationship between Sugar Profile and D-Pinitol Content of Pods of Wild and Cultivated Types of Carob Bean (Ceratonia Siliqua L.), 2014).

De manera generalizada, las operaciones de transformado y procesado del fruto o de obtención de sus componentes se realizan habiéndolo recolectado en la etapa de maduración más tardía. No obstante, dado que durante el proceso biológico de maduración de cualquier especie vegetal se producen cambios en su composición fitoquímica, el perfil de azúcares de la algarroba puede verse modificado, y en función de su finalidad, podría resultar conveniente realizar dichas operaciones en una etapa distinta del ciclo vegetativo para maximizar el contenido de una determinada sustancia de interés.

Sin embargo, no hay estudios exhaustivos que relacionen la variación del perfil de distintos componentes en relación a la etapa de maduración. Es por ello que mediante este Trabajo Final de Grado se pretende establecer una relación entre el avance del ciclo vegetativo y el contenido en azúcares y en D-pinitol, los compuestos que pueden ser de mayor interés industrial, a la par que establecer las condiciones de operación óptimas para la extracción, mediante el análisis de posibles alternativas.

1.2. Justificación académica
Mediante la ejecución del presente TFG se pretende obtener los 12 ECTS requeridos para la consecución del título de Grado en Ingeniería Química.

1.3. objetivos
1.4. ALCANCE
CAPÍTULO 2. antecedentes
2.1. algarroba. variedades y Características.

La algarroba… reescribir el doc. Intro-1 >: (
……………
Las características morfológicas y de composición pueden presentar una importante variabilidad con respecto a distintos factores, como pueden ser las condiciones de crecimiento (árboles cultivados o silvestres) o características composicionales de los suelos; las condiciones meteorológicas, entre las que se incluyen los niveles de insolación; el perfil de temperaturas del área de cultivo o la cuantía de precipitaciones de la misma, así como características intrínsecas del propio árbol, es decir la variedad cultivada será determinante en cuanto a composición se refiere.

De manera similar a la gran mayoría de especies vegetales, se pueden distinguir tres tipos de árboles CITATION Tou84 m Tou85 m ElP18 l 3082 (Tous Martí, Cultivo del Algarrobo, 1984; Tous Martí, Comercialización y Variedades de Algarrobo, 1985; El Portal de la Algarroba – Variedades, 2018):
ÁRBOLES DE FLORES MASCULINAS, las cuales no generarán fruto. Por ello el árbol tendrá más capacidad de desarrollo, lo que a su vez requiere un mayor nivel de cuidados, hechos por los cuales se prefiere evitar su cultivo. Sin embargo, sí puede resultar de especial interés debido a que es el tipo de algarrobo que presenta un mayor tiempo de floración, lo que se traduce en una capacidad máxima de polinización de árboles de otras variedades, optimizando la producción de estos y adaptándola en la medida de lo posible a los plazos deseados.

ÁRBOLES DE FLORES HERMAFRODITAS: con capacidad de autopolinización, aunque ésta se ve restringida por la disposición y morfología de las flores en el árbol, con lo que, al igual que en el caso anterior, se suelen emplear como árboles polinizadores. Adicionalmente, el fruto crece de manera fuertemente adherida a las ramas, y suelen ser de tamaño muy reducido, por lo que tampoco es muy común su cultivo con fines de producción masiva.

Algunas de las variedades hermafroditas más destacables son la Bugadera, Ramillete, Misto, Bautista y Blanca. De producciones elevadas, pueden presentar cierta alternancia entre años, y tienen rendimientos de garrofín medio-altos (entre un 8 y un 15 %), recolectándose de manera habitual entre septiembre u octubre.

ÁRBOLES DE FLORES FEMENINAS: abarcan la mayor parte de los cultivados, tanto en España como en el resto de países productores. A pesar de que su morfología y composición presentan gran variabilidad entre variedades, se observa que de manera general hay una correlación directa entre la cantidad de pulpa y el contenido en azúcar, pero inversa entre los niveles de azúcar y la cantidad de semillas o producción de garrofín.

Las variedades más comunes cultivadas en España son las siguientes: QUITAR ALGUNO? HAY MUCHOS
BRAVÍA: De producción variable y alternante, genera un fruto delgado y de color oscuro, longitud reducida (12-14 cm) y de constitución leñosa, produciendo por tanto poca pulpa y pocos azúcares, pero rendimiento de garrofín muy elevado (aprox. 16%).

CACHES: Genera una producción constante de algarrobas, las cuales son anchas y de longitud media. Presentan un color rojo oscuro y son muy pobres en pulpa azucarada.

CASTELLANA: La producción es elevada aunque muestra cierta variabilidad (generalmente su recolecta es media o tardía, entre mediados de septiembre u octubre). Presenta distintos subtipos (i.e. Sagalonga o Rubia), que generan frutos de color marrón oscuro, anchos y gruesos, con longitudes comprendidas entre 10 y 17 cm, y de rendimiento de semillas elevado, de hasta un 14 %
CASUDA: No muy extendida debido a su producción baja-media y un contenido bastante reducido de garrofín (8%). Se recolectaría sobre mediados de septiembre.

COSTELLA (DE RUC): Su producción es muy alta y es bastante resistente al frío, aunque el fruto, muy largo (hasta 22 cm), grueso y de color castaño claro, es de consistencia leñosa, y por tanto resulta pobre en azúcares, a la par que en garrofín, por lo que su interés comercial es bastante reducido.

CUERNO DE CABRA: Los niveles de producción global suelen ser elevadas, si bien con cierta alternancia anual, y de desarrollo lento. Genera poca pulpa y de sabor desagradable, poco azucarada, aunque se compensa con una muy elevada producción de garrofín (sobre un 14%). La recolecta se da a mediados de septiembre.

DURAYÓ: El cultivo del fruto es elevado y constante, siendo éste largo (hasta 20 cm), con piel rugosa y de color rojo castaño. Se trata de una de las pocas variedades que exhiben un elevado contenido en azúcares y en garrofín (de hasta un 17%). De recolección media (septiembre) presentan características desfavorables para su cultivo, como un crecimiento muy lento o una elevada sensibilidad a las temperaturas bajas.

MATALAFERA: De las más comunes en la Comunidad Valenciana, es muy interesante a nivel industrial debido a una producción de frutos elevada y generalmente constante. Su fruto, de color rojo muy oscuro, es grueso, ancho y de unos 20-22 cm de longitud, con un contenido en azúcar medio, y un rendimiento de garrofín medio-alto, de hasta un 12 %. Su recolección es de las más tempranas, en agosto.

MELAR: El fruto, de color rojizo y de entre 15-18 cm de longitud, tendrá una pulpa muy blanca y abundante, pero con un rendimiento en garrofín bajo-medio (8-9%). La producción es regular, y puede oscilar entre moderada y abundante en función de la calidad del suelo, ocurriendo la recolecta a mediados de septiembre.

NEGRA: El fruto que da es de gran calidad a nivel de azúcares, y al igual que el caso anterior, proporciona una pulpa de color claro y abundante, con longitudes de hasta 16 cm. Esto sin embargo, se traduce en un rendimiento en garrofín bastante reducido (7%), y las cosechas son reducidas o medias, produciéndose de manera tardía, en torno a octubre.

RALLADORA: La producción es elevada y regular y, debido a un muy rápido crecimiento, se consigue una alta entrada en producción. Presenta uno de los rendimientos en garrofín más considerables, entre un 12 y un 13 % en peso. Su recolecta se produce a mediados de septiembre.

ROJAL: Su producción es también muy elevada y regular, a la par que rápida, generando un fruto de color canela oscuro de longitud 17-20 cm. Adicionalmente, es muy resistente a las variaciones térmicas y a ciertas enfermedades. La recolecta se suele dar en las mismas fechas que el caso anterior.

Junto con la variedad anterior y la matalafera, son las que poseen mayor interés comercial, y por tanto, se encuentran más extendidas.

TENDRAL: Generalmente de alta productividad, si bien presenta irregularidades de manera cíclica. Su fruto, marrón oscuro es ancho y grueso, con longitud de unos 16 cm. No muy extendida ya que, aunque es bastante a ciertas plagas, es muy sensible a ciertas enfermedades y las fluctuaciones térmicas.
Como se puede observar, las características tanto del árbol como del fruto de la algarroba pueden ser muy dispares de una variedad a otra. Cuando el cultivo se enfoca desde un punto de vista comercial, interesa que la producción sea lo más abundante y regular posible, buscando árboles que presenten resistencia a posibles daños climatológicos, causados por plagas, etc. Asimismo, debido a los fines tradicionales que ha tenido la algarroba hasta la actualidad, se desea que el contenido en pulpa azucarada, y especialmente en semillas, sea lo más elevado posible, ya que es lo que presenta mayor utilidad con un considerable valor añadido.
Por todo ello, debido a que las variedades de Matalafera, Ralladora y Rojal son las que más se adapatan a todos estos requisitos, son las más extendidas y cultivadas en el litoral mediterráneo español.

Adicionalmente, la morfología y dimensiones de la vaina de la algarroba también pueden ser determinantes en los distintos procesos que sufrirá hasta su comercialización, yendo estos desde el transporte o almacenado, al troceado y triturado, etc., o incluso el color de la vaina o de la pulpa, en caso de que fuese necesario realizar, según su finalidad última, actividades de decoloración.

Cabe destacar que en otros países donde las condiciones para su cultivo sean las adecuadas, pueden coexistir algunas de estas variedades listadas junto con otras autóctonas de la zona. Algunos ejemplos son las variedades de Giubillana y Racemosa (Italia), Mulata (Portugal), Tylliria y Koundourka (Chipre), Kandía (Grecia, Creta), Sfax (Túnez) y, Bolser y Santa Fé (California, EEUU).

2.2. posibles usos. impacto económico.

2.2.1. Sector de la alimentación.

El primer empleo de la algarroba del que se tiene constancia se dedicaba fundamentalmente a la alimentación ganadera, aunque también existía un pequeño porcentaje destinado al consumo humano, por su gran valor nutricional. Cuando la algarroba era consumida por humanos, esto podía hacerse comiendo la vaina directamente o aplicando algún tipo de cocción, o bien obteniendo derivados de la misma, como la algarrobina, en extracto cocinado y prensado, todavía común en repostería y coctelería u otros jarabes, harinas, aguardientes, entre otros.

Originalmente, la gran mayoría de la producción se destinaba a forraje de ganado, principalmente de équidos o bóvidos CITATION Moh01 l 3082 (Moh’D Khair, 2001) y, puesto que la cría de estos, junto a la ganadería en general, ha sufrido un progresivo declive a lo largo del siglo XX, de hecho, según los datos estadísticos manejados por la Organización de Alimentación y Agricultura de las ONU, comparando datos de entre 1961 y 2016, la superficie cultivada destinada al algarrobo ha disminuido en un 80 %, con un descenso de la producción de casi un 90%, primero con descensos muy bruscos, pero de forma más atenuada posteriormente, incluso existiendo algunos repuntes en producción en los últimos años, especialmente a partir de 2008. También tiene influencia el hecho de que haya disminuido la superficie cultivada, de manera general en España durante este periodo, y que las zonas que se han mantenido se prefieren dedicar a otros cultivos, generalmente de regadío, que arrojen mayores beneficios económicos, como puede ser el cultivo de naranjos en la Comunidad Valenciana CITATION Alb90 l 3082 (Albanell Trullas, 1990).

El hecho de que este dramático descenso se haya visto amortiguado durante los últimos años se debe fundamentalmente a que la algarroba pasó a ser fuente de obtención de la goma de garrofín, un aditivo natural (identificado como E410 o “Locust Bean Gum”) que sirve como agente espesante, emulsionante y estabilizador, y que se puede encontrar en numerosos productos de alimentación humana (lácteos y derivados, panadería-pastelería, como aditivo a productos cárnicos o salsas y aderezos, entre otros) o incluso en otras industrias (como pueden ser la papelera, la industria textil, o la tabacalera. Su coste de adquisición y transformación es relativamente bajo y la goma de garrofín posee una multitud de posibles usos, sin presentar problemas de efectos secundarios sobre la salud, poseyendo además una de las mayores capacidades de compatibilidad en relación a otros aditivos de la misma clase con respecto al resto de componentes con los que potencialmente pueda entrar en contacto (carbohidratos, proteínas, ácidos de diverso origen, incluso sales o electrolitos). Adicionalmente tampoco presenta otros problemas típicos como la sinéresis, falta de cohesividad en la matriz o excesiva pegajosidad.
Todo esto es motivo de que el E410 sea un aditivo de elevado interés en la industria de Tecnología de Alimentos y le confiere un muy elevado valor añadido. De hecho, prácticamente la totalidad del cultivo del algarrobo en España, y de forma paralela en otros países productores, se destina en la actualidad a la obtención de la goma de garrofín, empleando el resto de la vaina como subproducto aprovechable (generalmente destinado a la fabricación de piensos), pero no de principal interés.

Sin embargo, en la última década, se está volviendo a mostrar interés en la algarroba y sus propiedades con el objetivo de reintroducirla en la alimentación humana, no únicamente como aditivo, sino empleándola como un ingrediente principal. Esto se debe a un creciente interés de la población hacia productos menos procesados y que supongan una alternativa más saludable a otros que se encuentran en el mercado. Otro ejemplo de aplicación para este sector podría ser la elaboración de bebidas vegetales, pastas aptas para celíacos, debido a la ausencia de gluten en su composición. Esto es debido a que el fruto del algarrobo presenta una composición química muy específica, origen de sus beneficios. Los principales componentes de interés desde el punto de vista del sector alimentario son:
AZÚCARES: Fundamentalmente son los sacáridos de fructosa, glucosa y sacarosa, ordenados en orden creciente de aparición, pueden constituir más del 50% del peso en base seca del producto. Esto le otorga un alto poder energético y un sabor dulce intrínseco, lo que permite emplearla como sustitutivo de otros productos como el cacao o chocolate, sin necesidad de añadir azúcares refinados ante los cuales el organismo reaccione de forma menos favorable. Tampoco cuenta con sustancias estimulantes como la cafeína, la teobromina o ácido oxálico sí presentes en el cacao y sus derivados y que en ciertas dosis pueden causar efectos adversosCITATION Nas16 l 3082 (Nassar-Abbas, 2016). Al mismo tiempo, la interacción de estos dímeros con el resto de componentes del fruto es causa de que sean metabolizados de forma pausada, por lo que se consideran carbohidratos de lenta absorción, resultando ser por tanto de más alta calidad que otros azúcares libres.

AMINO-ÁCIDOS: El fruto de la algarroba contiene, si bien es de forma residual (y ciertos autores, dependiendo del proceso y su finalidad, pueden considerarlo como impurezas coloidales), una mezcla de hasta 18 aminoácidos, entre los cuales se encuentran todos aquellos denominados como esenciales (metionina, lisina, leucina, fenilalanina…), es decir, aquellos cuya ingesta es fundamental puesto que el organismo no es capaz de sintetizar CITATION Tor09 l 3082 (Torun, 2009). A pesar de que estos se encuentren en concentraciones reducidas, estas son aptas bajo los estándares de la Organización Mundial de la Salud, como para permitir que la algarroba sea considerada una buena fuente de proteínas bajo el consumo de una cantidad mínima, permitiendo la generación de células tisulares, hormonales, etc.
ÁCIDOS GRASOS: Los ácidos grasos son otro constituyente natural los cuales desempeñan un papel fundamental a la hora de la determinación del valor nutritivo. Encontrándose en pequeña cantidad, por un lado suponen un aporte de energía al organismo. Teniendo en cuenta que los más comunes son esenciales (linoleico n-3, linoleico n-6, entre otros), y en su gran mayoría insaturados CITATION Asf12 l 3082 (Asfi, 2012), esto hace que sean idóneos para la síntesis corporal de fosfolípidos, o la realización de otras funciones corporales, como por ejemplo, la transferencia de oxígeno en ciertas fases del proceso de respiración celular, por lo que la incorporación de este alimento a la dieta redunda en beneficios desde este nuevo punto de vista.

MINERALES: La Algarroba se ha demostrado ser una fuente reseñable de distintos minerales, siendo los más abundantes el calcio (comparable incluso a productos como la leche de vaca) y el potasio, en niveles que alcanzan hasta 300 mg y 1120 mg por cada 100 gramos de producto seco, respectivamente CITATION Gou16 l 3082 (Goulas, 2016). También incluye otros microminerales como hierro (el más abundante de los mismos), cobre, zinc, manganeso, entre otros; y macrominerales, tales como pueden ser el fósforo o el magnesio, si bien estos se encuentran en orden decreciente de concentración CITATION Ozi14 l 3082 (Akgul, 2014). Es importante destacar que la semilla presenta concentraciones más altas de todos los subgrupos de minerales que el resto de la vaina, lo que revaloriza aún más desde el punto de vista del contenido nutricional el empleo del garrofín y todos sus derivados.

Por tanto, la algarroba proporciona una cantidad importante de los minerales denominados como esenciales, ya que gracias a estos se asegura un correcto funcionamiento de determinadas funciones fisiológicas CITATION Lat02 l 3082 (Latham, 2002), como la generación de ciertas hormonas, el mantenimiento de la presión osmótica a nivel intra y extracelular, etc.

FIBRA ALIMENTARIA: La fibra contenida en la algarroba se suele dividir en dos subgrupos mayoritarios, fibras solubles e insolubles, estando ambos constituidos por grupos heterogéneos de sustancias, pudiendo suponer entre un 30 y un 40 % del contenido total de la pulpa CITATION Hab02 l 3082 (Haber, 2002). La fibra alimentaria de la algarroba difiere de la procedente de otras fuentes naturales debido a su composición única, con más de un 70% debido a celulosa y hemicelulosa, ligninga y polifenoles solubles. Esto no sólo le aporta propiedades beneficiosas para el organismo CITATION Alz08 l 3082 (Alzate Tamayo, 2008), sino que además le otorga estupendas características reológicas para su empleo por ejemplo en repostería. Más concretamente, se debe a su gran capacidad de retención de agua, lo cual permite la mejora de ciertos productos de panadería/bollería, mejorando la calidad de estos productos al conseguir que se mantengas frescos durante más tiempo, reduciendo a su vez la proliferación de determinados microorganismos, al disminuir la cantidad de agua libre en el sistema, es decir aquella que se encuentra biológicamente disponible.

2.2.2. Sector medicinal.

La aplicación de la algarroba a la medicina se trata de una actividad relativamente reciente, que comenzó a desarrollarse de manera efectiva, y en la cual se ha indagado de manera exponencial en los últimos años. Se trataría de un aprovechamiento especialmente atractivo, ya que permite mantener lo que hasta la fecha es la mayor fuente de ingresos relacionado con su cultivo, la extracción de la goma de garrofín, pero dándole un nuevo enfoque a la explotación de la pulpa, que ha llegado a estar altamente infravalorada, pero que aloja multitud de compuestos con numerosos beneficios para la salud.

Dichas acciones provechosas son las siguientes:
Actividad como agente antidiabético.

Se trata del primer tipo de actividad médica del que se tiene conocimiento, comenzando a estudiarse a finales de los años 80, y por tanto, siendo por tanto la más extendida de entre las recogidas en el presente apartado. Esto se debe parcialmente a los azúcares de lenta absorción presentes en la pulpa ya nombrados con anterioridad y, especialmente, gracias a lo ciclitolesCITATION Tet14 l 3082 (Tetik ; Yüksel, 2014), también contenidos en la pulpa. Estos ciclitoles, también conocidos como polioles o polialcoholes cíclicos, abarcan varios subgrupos, como los myo-inositoles o chiro-inositoles CITATION Bau86 l 3082 (Baumgartner, 1986), que incluyen a su vez diversos isómeros que pueden presentar distintas características y comportamientos. Este último es el más abundante, y el D-pinitol es el isómero mayoritario del mismo CITATION Mac061 l 3082 (España Patente nº ES2234422, 2006), con unas proporciones que pueden ir desde un 90% o incluso superar el 99%CITATION Tet11 m Ost96 l 3082 (Tetik N. T., 2011; Estados Unidos Patente nº 5550166, 1996) de los chiro-inositoles totales, encontrándose el resto de ellos en forma de trazas. Estos valores de contenido de D-pinitol pueden asociarse al peso total del fruto, expresado en base seca, como un rango de valores que oscila entre un 4% y 9%, según las diversas fuentes. Es por tanto la algarroba el fruto con mayor concentración del mismo, desbancando a la soja como principal fuente potencial de obtención del mismo, ya que en valores absolutos, su contenido en inositoles puede llegar a ser la mitad con respecto a la algarroba, lo que permitiría un mayor aprovechamiento industrial.

No existen rutas metabólicas que permitan generar el D-pinitol en procesos internos del organismo, de ahí la necesidad de incorporarlo a la dieta de manera externa, consiguiendo efectos óptimos con dosis de 5-10 mg/kg/día.
Dichos efectos son muy importantes para el tratamiento de enfermedades relacionadas con la resistencia a la insulina, como la diabetes mellitus o diabetes tipo II, controlando su tasa de asimilación, y por ende, el índice glicémico en sangre. Este efecto permite que se aplique también al tratamiento de otras enfermedades, como la obesidad, u otras dolencias hepato-renales, ya que unos niveles descontrolados del azúcar en sangre de forma continuada pueden generar inflamación de estos órganos, incluso dando lugar al crecimiento de cálculos CITATION Aza17 l 3082 m Gou16(Azab, 2017; Goulas, 2016). Es más, un consumo regular posee además propiedades diuréticas, mejorando la función renal, evitando estrés oxidativo de los riñones que pueda llevar a fallos sistémicos.

Actividad antioxidante. Tratamiento anticarcinógeno.

La algarroba es una leguminosa con un elevado contenido en compuestos fenólicos y otros metabolitos vegetales secundarios como los taninos CITATION Nas16 l 3082 (Nassar-Abbas, 2016). Estos últimos, por lo general pueden causar efectos nocivos para el organismo; sin embargo, todos aquellos presentes en la algarroba, no sólo no son nocivos, sino que son parte de los condensables o hidrolizables y tienen efectos positivos en ciertas reacciones celulares CITATION Ben14 l 3082 (Benchikh, 2014), junto con los polifenoles presentes.

Estos efectos positivos vienen ligados al hecho de que existan especies reactivas con base oxigenada o nitrogenada de forma común en todo sistema biológico, inclusive el cuerpo humano. Estos, aunque son útiles para determinados procesos fisiológicos, como la destrucción de bacterias dañinas o eliminación de infecciones, se trata de radicales libres altamente inestables, que fomentan el envejecimiento celular mediante la degeneración del ADN u otras proteínas o compuestos lipídicos, y en caso de exposición continuada y prolongada a este tipo de oxidaciones, comienza el desarrollo de ciertas enfermedades degenerativas. La función de los fenoles o taninos consistirá en evitar que se de estas reacciones red-ox, interaccionando con los radicales libres antes de que puedan dañar a las células del organismo.

Este tipo de compuestos, y más específicamente los contenidos en la algarroba, permiten que, al soslayar estas reacciones, se eviten daños en la cadena genética, protegiendo o ralentizando la patogénesis o extensión/proliferación de ciertos tipos de cáncer. Algunos estudiados, para los cuales se han encontrado beneficios mediante el empleo de la algarroba pueden ser el cáncer colo-rectal, uno de los más comunes hoy en día, el intestinal, hepatocelular, los cánceres cervicouternios o la metástasis de cáncer de próstata mediante la regulación de vías metabólicas CITATION Ozi15 l 3082 m Ros13(Oziyci, 2015; Roseiro, 2013).

Agente para la salud cardiovascular.

En este caso, entran en juego los inositoles junto con los polifenoles CITATION Nas16 l 3082 m Aza17 (Nassar-Abbas, 2016; Azab, 2017), teniendo estos últimos el papel predominante. Se efecto se basa en un efecto de reducción del colesterol sanguíneo, más concretamente el Low-Density-Cholesterol, o LDL, cuya oxidación y acumulación placaria en las paredes internas de los conductos sanguíneos conlleva la ateroesclerosis (ensanchamiento y endurecimiento de los mismos). Esto dificulta el riesgo sanguíneo, fomentando la aparición de enfermedades cardiovasculares o derrames cerebrales.

Con un consumo regular de los polifenoles como los contenidos en la algarroba, se consigue incrementar la evacuación del colesterol sanguíneo, ya que evita la peroxidación lipídica del LDL que lleva a la ateroesclerosis y estabilizando el perfil lipídico en sangre.

Agente antidepresivo y ansiolítico.

Se trata de funciones que están siendo investigadas en la actualidad. Ambas se basan en la extracción de ciertos compuestos activos de la algarroba, pero a diferencia de la gran mayoría de extracciones sólido-líquido, que emplean agua como sustancia extractora, se hace uso de compuestos orgánicos. Un ejemplo de ello sería un extracto de acetona de vainas frescas, cuyos componentes lograron lanzar resultados positivos en ensayos de interacción con los sistemas de dopamina y adrenergina, pudiendo emplearse por tanto en un futuro como sustancia antidepresiva CITATION Agr11 l 3082 (Agrawal, 2011); o mediante el empleo de una extracción con metanol se consiguió una reacción de los receptores del sistema nervioso central y periférico, lo que sienta la base para un posible uso como sustancia ansiolítica o sedativa CITATION Cus13 l 3082 (Custódio, 2013).
Agente antiinflamatorio.

Como actividad adicional a la antioxidante característica de los polifenoles, estos, junto a otras sustancias, como los flavonoides, taninos, esteroles, mucílagos y quinonas, se consiguen extraer del algarrobo (de forma óptima con metanol o diclorometano:metanol (1:1, v/v)). Estos compuestos se encuentran en fase de estudio para el tratamiento de inflamaciones o edemas de distinto origen (químico, mecánico, etc.) CITATION Lac16 l 3082 (Lachkar, 2016). Un uso destacable sería el tratamiento de la enfermedad de Chron, una dolencia que conlleva una inflamación crónica del tracto digestivo CITATION Nar09 l 3082 (Narin, 2009).

2.2.3. Sector cosmético-farmacéutico.

Farmacéuticos y CosméticosGoma algarrobo se usa como excipiente en tabletas, espesante en pasta dental, y como espesante y estabilizante en lociones y cremas.

Antivíricoantibacterianoprops laxantes ….
2.2.4. Otras Industrias.

La algarroba puede usarse como materia prima en industrias puntuales de forma muy diversa. Se tiene, por ejemplo:
Generación de bietanol.

Uno de los usos de reciente investigación y de potencial expansión y aplicación es la generación de biomasa a partir de la algarroba, tanto del propio fruto como incluyendo otras partes de la planta, como podrían ser las hojas, para la generación de bioetanol CITATION Bia10 l 3082 m Rou93(Bialka, 2010; Rouskas, 1993). Esto se conseguiría mediante la aplicación de una fermentación alcohólica gracias al empleo de microorganismos, más concretamente levaduras del género Saccharomyces, y en función de las características del sustrato sobre el que se vaya a operar, serán necesarias unas condiciones muy específicas de operación y de inoculación. Al sustrato proveniente de la algarroba sería necesario añadir nutrientes adicionales, especialmente aquellos que incrementen la tasa de nitrógeno disponible para los microorganismos, con temperaturas óptimas de funcionamiento de unos 30ºC y a un pH ligeramente ácido.
Estas condiciones de operación no son difíciles de reproducir, y teniendo en cuenta que el algarrobo es un árbol cuyo cultivo no es especialmente costoso y que tiene una capacidad de producción potencialmente elevada, podría constituir una fuente interesante de materia prima para la generación de bioetanol, como alternativa a otras tradicionales (maíz, caña de azúcar, entre otras), para un sector en auge constante. Un ejemplo del elevado desarrollo de este sector se ve reflejado en las tasas de producción: en 2005 se fabricaron unos 45,000 millones de litros de bioetanol, y para el año 2015, esa cifra había ascendido a más del doble, casi 100,000 millones de litros, ambos datos referidos a niveles de producción mundial CITATION Sta15 l 3082 (Statista, 2015).

Industria textil, papelera y similares.

Se ha comentado con anterioridad que la goma de garrofín juega un papel clave en industrias como la alimentaria, ya que tiene propiedades que lo hacen un compuesto óptimo desde el punto de vista de espesante, estabilizante o emulsionante. Antes de que este producto se dedicara casi de forma exclusiva a la tecnología de alimentos, una parte importante de la producción se destinaba a emulsionar suspensiones coloidales como las pinturas, colas o barnices, a procesos mediante los cuales se lograba la estabilización del caucho, generalmente empleado en la fabricación de neumáticos, y principalmente, como aditivo en la preparación del tabaco (para su curación), la emulsión de las pastas de papel o el apresto de tejidos CITATION Mol12 l 3082 (Molina de Dios, 2012). Este último era el más relevante de entre todas estas aplicaciones, que hoy en día se perciben como menos convencionales: la goma de garrofín trataba tanto los tintes que se usarían sobre las telas, funcionando como protector y espesante de los mismos y, además, conseguía que sus fibras tuviesen mayor resistencia a la degradación por humedad, proporcionando lustre y firmeza, pero respetando la suavidad de las mismas.
Estos usos de la goma de garrofín se fueron abandonando paulatinamente, principalmente por su creciente interés en el sector alimentario, siendo sustituida por otras gomas vegetales de peor aplicación a productos de alimentación pero que generaban efectos similares sobre los tejidos o la pasta de papel, y que a su vez resultaban ser más baratas, como la goma de guar.

Industria metalúrgica.

Otros posibles usos de la algarroba se basan el procesado de metales pesados. Un ejemplo de esto último podría ser la preparación de nanopartículas de plata u o similares, la cual se recupera de compuestos en forma de sales (como el AgNO3) con un extracto acuoso de la algarroba como agente reductor, gracias a que una parte importante de los azúcares de la pulpa tienen la capacidad de llevar a cabo estas reacciones de reducción CITATION Aww13 l 3082 (Awwad, 2013).
También se ha estudiado como un tipo de extractos de los componentes de la vaina, realizados con metanol, conseguían la inhibición de procesos de corrosión del cobre o bronce ante ambientes ácidos CITATION Fou15 l 3082 (Fouda, 2015).

Finalmente, también se ha encontrado aprovechamiento de la corteza del algarrobo CITATION Far12 l 3082 (Farhan, 2012) para la adsorción biológica de ciertos metales en forma iónica, como el zinc, níquel o cadmio, sometiéndola previamente a un proceso de preparación.

2.3. extracción de azúcares.
Puesto que los azúcares es una de las sustancias contenidas en la pulpa de la algarroba que mayor interés suscitan a nivel económico industrial, su extracción es un proceso ampliamente estudiado. Se pueden distinguir diversas metodologías para llevar a cabo esta extracción: llevándola a cabo mediante lo que se denomina extracción sólido-líquido convencional, con un solvente compatible con la sustancia y los usos posteriores; mediante extracción con fluido supercrítico, mediante extracción asistida por ultrasonidos y, finalmente, extracción asistida por microondas, si bien estos últimos se encuentran todavía en fase de desarrollo:
2.3.1. Extracción Sólido-Líquido convencional.

Se trata del tipo de extracción más antiguo y estudiado, y el más extendido hasta la fecha, por su sencillez y bajo coste de implementación. Consiste en poner en contacto directo una sustancia de naturaleza fluida con la matriz sólida que contiene los solutos de interés a recuperar, pudiendo darse esto en distintas configuraciones: sólido y fluido estáticos (método discontínuo), con trasiego de una de las dos sustancias o ambas (método continuo o semicontínuo), con agitación, etc.

El proceso de extracción vendrá regido por una cinética, en la cual se ven involucrados diversos fenómenos, como puede ser la absorción del disolvente por la fase sólida tras atravesar una capa límite que rodea a la partícula, tras lo cual se conseguirá la disolución del soluto, para a continuación transportarse de manera interna hasta la superficie y finalmente, el transporte externo de este soluto a través de la capa límite hasta alcanzar el seno de la disolución. Todas las etapas pueden llegar a ser de alta importancia, pero habrá que prestar especial atención a la que se lleve a cabo de manera más lenta controlará la velocidad global del proceso.

Por ello, y para optimizar el tiempo y el rendimiento de extracción, consiguiendo una mayor rentabilidad económica a nivel industrial, hay que seleccionar de manera adecuada las sustancias que entrarán en contacto y otros factores de operación. Los más relevantes son los siguientes:
DISOLVENTE: Importante tanto por la cantidad (para no rebasar los límites de solubilidad, limitando la cantidad de soluto a extraer; normalmente se emplean unas relaciones, denominadas ratio sólido:líquido, que no suelen ser inferiores al valor 1:4), como el tipo. Idealmente, sería lo más selectivo posible, es decir, tendría la máxima interacción con el componente o componentes de interés y nula (o la mínima posible) con la matriz sólida, pudiendo separarlo de esta de forma cómoda. Adicionalmente, la volatilidad habría de ser reducida para evitar pérdidas de sustancia, y por motivos de seguridad, para evitar inhalaciones, a la par que su viscosidad tendría que ser de un valor bajo, por un lado para favorecer los fenómenos de transferencia de materia, y por otro para ahorrar en costes, ya que minimiza así la energía invertida en fenómenos de bombeo o agitación.

PARTÍCULAS SÓLIDAS; TAMAÑO: en principio, para maximizar la transferencia del soluto hacia el seno del líquido, habría que reducir considerablemente el tamaño de partícula, generando por tanto una elevada superficie de contacto. Esto también se ve favorecido por los niveles de porosidad y tortuosidad de dichas partículas. Sin embargo existe un límite al tamaño al que se puede reducir la partícula, con vistas a operaciones posteriores a la extracción, como podría ser la separación del material inerte del conjunto del extracto, evitando así complicaciones en esta etapa.

TEMPERATURA, pH y PRESIÓN: Estos son factores que tienen influencia sobre la solubilidad de los componentes en los líquidos. Por ejemplo, de forma general, a mayor temperatura, mayor rendimiento en la extracción, o a partir de determinados pHs, algunos compuestos pueden precipitar (como las proteínas globulares).

TIEMPO DE EXTRACCIÓN: A mayor tiempo permanezcan en contacto sólido y disolvente, mayor.
ETAPAS: Existen diversas formas de poner en contacto sólido y disolvente. Lo más sencillo sería realizar una etapa única (one step extraction CITATION Alm15 l 3082 (Almanasrah, 2015)), lo que equivaldría a tener un sistema discontinuo y que generalmente se ve beneficiado por la incorporación de un sistema de agitación. No suele ser de gran interés a nivel industrial, ya que el rendimiento puede llegar a verse comprometido y las operaciones tipo batch no son de máximo provecho económico. Igualmente, existen extracciones en contínuo CITATION Pet95 l 3082 (Petit ; Pinilla, 1995), en las cuales el flujo relativo de corrientes puede encontrarse dispuesto en distintas configuraciones: flujo equicorriente, flujo cruzado o flujo en contracorriente, siendo este último el que suele proporcionar mejores resultados a nivel de rendimiento. Para ambas categorías existen diversas posibles configuraciones.

Las principales ventajas de la aplicación de este tipo de extracción son la facilidad de operación y de reproducción de las condiciones a las que se deba dar lugar la misma, obteniendo rendimientos aceptables a temperaturas intermedias, con la posibilidad de mejorarlos con aumento de presión (aunque se trabaja normalmente en condiciones de presión atmosférica) o mediante el empleo de ciertas sustancias que modifiquen las condiciones de la matriz sólido (p.er. sustancias ácidas o básicas con el fin de ajustar el pH).

Adicionalmente, se pueden emplear numerosos disolventes de distinto origen, existiendo abundante información relativa al equilibrio de los mismos con los compuestos que puedan resultar de interés, con lo que se tienen un amplio catálogo del cual se pueden escoger los óptimos para una extracción lo más selectiva posible).

2.3.2. Extracción con fluido supercrítico.

Los principios básicos de extracción serían análogos a los del apartado anterior: se ha de emplear una sustancia de naturaleza fluida y ponerla en contacto, y pudiéndose aplicar la teoría relativa a los mismos factores determinantes. Sin embargo, una de las principales diferencias es que la sustancia mediante la cual se realiza la extracción se encontrará en unas características de temperatura y presión por encima de su punto crítico termodinámico, lo que implicará el empleo de mayores temperaturas y presiones para la operación.

Con la introducción del fluido supercrítico (FSC), se obtienen ventajas, ya que presentará características intermedias entre los líquidos y los gases: el poder como disolvente será más próximo al de la sustancia en estado líquido, mientras que la viscosidad, difusividad y, por tanto, el poder de transporte será muy similar al del gas.
Se trata de una técnica alternativa de extracción que podría permitir una reducción el coste de operación en términos energéticos y que ofrece una serie de mejoras con respecto a la extracción convencional, como una selectividad mucho mayor, lo que permite reducir la cantidad de solvente a emplear. Además, los disolventes por lo general se consideran inocuos, por lo que constituye una alternativa que no presenta los problemas medioambientales que derivan del posible empleo de COVs (compuestos orgánicos volátiles) que se suelen emplear en la extracción convencional, dando también como resultado un extracto con ausencia de posibles contaminantes tóxicos, mejorando la calidad del producto final CITATION Ros13 l 3082 (Roseiro, 2013).

El fluido más ampliamente usado, para esta técnica en general, se trataría del CO2, por sus características de no toxicidad, no siendo inflamable ni explosivo, y con bajo precio y facilidad de obtención a altos grados de pureza, además de presentar unas constantes que definen un punto supercrítico fácilmente alcanzables (de 72 bar, a 31.1 ºC). También protege ante las reacciones oxidativas con el O2 y es fácilmente recuperar el soluto, mediante un descenso de la presión, ya que el CO2 se separará en forma gas CITATION Ber11 l 3082 (Bernardo-Gil, 2011). (también se puede usar el propano, caracs. Similares, pero no hay ningún estudio y del CO2 sí)
Sin embargo, este método también presenta una serie de inconvenientes, como pueden ser el requerimiento de unos equipos específicos que supongan un muy elevado coste de inmovilizado, la necesidad de que el personal sea altamente cualificado para llevar a cabo la operación o el hecho de que los datos de equilibrio a partir de los cuales inferir las características del proceso operativo sean muy limitados.

2.3.3. Extracción asistida por ultrasonidos.

Nuevamente, los principios básicos de extracción son comunes a los del método convencional, pero se consigue acortar sensiblemente el tiempo de operación, disminuyendo así costes energéticos y con la posibilidad de aumentar el rendimiento global de la operación.
El disolvente y la matriz sólida han de entrar en contacto de forma análoga al proceso tradicioncional, pero de forma adicional, mediante la aplicación de ondas sonoras al medio líquido, se genera una cavitación en el mismo, provocando una compresión y descompresión continua. Esto desemboca en un incremento de presión y de temperatura en el interior del sistema, que favorece la difusividad y aumenta la solubilidad.

Un ejemplo de este tipo de proceso, aplicado sobre la extracción de componentes de la algarroba CITATION Ros13 l 3082 (Roseiro, 2013), permite ver cómo en un régimen de operación análogo, con la misma cantidad y tipo de disolvente, y a igual temperaturas y tiempos, el método que emplea un baño ultrasónico (35kHz, 320W) puede llegar a extraer de forma selectiva hasta seis veces más un determinado compuesto de interés (en este caso polifenoles) que una extracción convencional (con agitación a 150 rpm).

2.3.4. Extracción asistida por microondas.

Se trata de un tipo de extracción que aporta un mecanismo selectivo y más rápido, con tasas de recuperación o rendimiento iguales o superiores al proceso de extracción convencional. La extracción se realiza mediante el calentamiento de una matriz sólida, tanto de su interior como la zona exterior, a través de una serie de pulsos alternos de microondas, que originan una rotación alternante de las moléculas, especialmente de agua, aunque otros dipolos o moléculas con distribución de carga pueden verse afectadas. Así, mediante estos movimientos de rotación, y con la fricción que por ellos se generan, se produce calor, y con ello un gradiente térmico que permitiría que se extrajesen los compuestos de interés de forma mucho más rápida y eficaz, ya que la energía se consigue localizar de manera muy específica, produciendo por tanto un mejor aprovechamiento.
Las ventajas que este nuevo tipo de extracción presenta es una reducción muy considerable de los tiempos de operación, a la par que un menor uso de disolvente, el cual puede actuar sobre partículas con distribuciones de tamaño muy heterogéneas. Adicionalmente, se puede emplear sobre distintos tipos de muestra simultáneamente, las cuales suelen requerir menores operaciones de acondicionamiento previas. Por contraposición, se pueden dar una serie de desventajas que limiten su aplicación, ya que determinados tipos de matrices sólidas o de disolventes presentan incompatibilidad absoluta frente al trabajo en un campo de radiación micoondas, y es desaconsejable para la extracción de compuestos termolábiles, ya que se verían dañados o degradados durante el proceso. También existen restricciones a la hora de acoplar técnicas automáticas de análisis, como aquellas dirigidas por controladores, y es un sistema muy difícil de automatizar, lo que justifica que no se haya producido una extensión masiva del sistema a nivel de la industria.

También hay métdos que combinan microondas y sonicación. Raros.
Para la algarroba no hay. Seguir buscando info en general
Habiendo enumerado las distintas posibilidades de configuración general para llevar a cabo la extracción de los compuestos de la pulpa de la algarroba, resulta necesario la elección de una de ellas para el desarrollo del procedimiento experimental que permita la consecución de los objetivos marcados, como el estudio de la variación composicional en el perfil de azúcares.
Puesto que los tres últimos métodos propuestos, si bien pueden presentar algunas ventajas sobre el método convencional, todavía se encuentran en fase de desarrollo y existen numerosas limitaciones que obstaculizan su implantación. Por un lado, existe una información bibliográfica muy limitada al respecto, lo que dificulta diseñar un procedimiento experimental a seguir. Es más, existe un notable contraste entre los abundantes estudios o experiencias basados sobre la extracción convencional sobre la algarroba y sus componentes, mientras que tan sólo se han realizado un par de estudios con fluido supercrítico o ultrasonidos, y careciendo completamente de cualquier tipo de antecedentes para la extracción asistida por microondas sobre este fruto.

Adicionalmente, existen restricciones con respecto a equipos y/o reactivos: especialmente el inmovilizado puede llegar a suponer una inversión muy elevada y podría ser especialmente complejo de operar, con potenciales riesgos, al trabajar (por ejemplo a condiciones de 72 bares de presión si se emplease un método ultrasónico). Por tanto, debido a que se trata del método seguido por más autores para diversos fines y, como se ha dispuesto anteriormente, al existir mayor información al respecto y siendo operativamente más sencillo, se ha optado por seguir un método de extracción convencional.
A pesar de que los otros dos métodos alternativos puedan presentar cierta ventaja a nivel de rendimiento o consumo energético o de reactivos, están introduciendo unas dificultades difíciles de subsanar y que no se ven justificadas al tener en cuenta la finalidad de este estudio. Cabría la posibilidad de, una vez obtenidos los resultados pertinentes a este TFG, (es decir, el estudio de la composición de azúcares y evolución de la cantidad de D-pinitol para establecer el período de cultivo más favorable para su extracción), si se fuesen a aplicar al diseño de una planta piloto para trasladarlo seguidamente a una actividad industrial, introducir en esa nueva fase de diseño un estudio sobre la viabilidad de implantación de un método de extracción tradicional u otros no convencionales, considerando todas las ventajas e inconvenientes que pudiesen suponer con el fin de tomar una decisión que optimizase la operación, hecho que deja abierta futuras vías de desarrollo del proceso.

2.4. extracción del d-pinitol.
Debido al creciente interés que suscita esta sustancia, se plantea la necesidad de investigar las posibles vías para su extracción. A pesar de las numerosas incógnitas que se han planteado los distintos autores con respecto a su disposición dentro de la vaina de algarroba y a los posibles métodos de extracción, se especula que éste sea extraído de forma conjunta con otros componentes a los que es afín (azúcares, polifenoles), lo que se suele realizar mediante extracción convencional a partir del cual se suele producir jarabes o siropes de azúcar de algarroba CITATION Tet11 l 3082 (Tetik, 2011).

En este apartado se recoge el procedimiento de manera general de cada método; el análisis detallado de cada etapa específica a la extracción del pinitol se encuentra explicado en el (3.3)
Los primeros estudios datan de 1986, realizados por Baumgartner y otros autores, cuyos resultados se ven recogidos en “Isolation and Identification of Cyclitols in Carob Pods”. En ellos se estudia de manera general el contenido en polialcoholes cíclicos, profundizando algo más en el contenido en d-pinitol. De manera previa a este estudio, se había detectado la presencia de ciclitoles en la harina de algarroba, lo que condujo a realizar una extracción de manera convencional, empleando agua como fluido extractor sobre fragmentos tostados de algarroba a los que previamente se les había eliminado las semillas. Esta extracción se realizó en condiciones de 1:5 relación sólido:agua, durante 2 horas a 50ºC. Con esto se tiene un extracto especialmente rico en azúcares pero, debido a que la cantidad global de azúcares puede llegar a ser superior a los ciclitoles en más de un 1000%, se ve la necesidad de retirar estos azúcares de la mezcla para evitar que enmascaren los productos de interés, especialmente el d-pinitol y permitiendo la purificación e identificación de los mismos, y asentando de este modo las bases para desarrollar futuros procesos industriales de obtención. La eliminación de azúcares se realizó en este caso mediante una fermentación alcohólica, con la incorporación de levaduras de la especie Saccharomyces Bayanus. Tras la fermentación, se había de eliminar sustancias que no resultaban de interés en la mezcla por lo que se realizó un filtrado del extracto fermentado, para a continuación eliminar disolvente en exceso mediante un proceso de evaporación hasta alcanzar una concentración de la mezcla de 50 ºBrix. Finalmente, las trazas de azúcares que permaneciesen inalteradas en la mezcla se eliminaban de manera definitiva mediante el empleo de unas columnas de resinas de intercambio iónico, sometiendo a la solución resultante a un proceso de evaporación total con el que se obtuvieron cristales de ciclitoles, principalmente pinitol. (análisis: distintos tipos de cromatografías)

(los picos iniciales suponen interferencias de los compuestos carrie y otras cosasr; los que se encuentran numerados son los ciclitoles, el no.2 es el pinitol, con lo que se demuestra que es el más abundante, entre un 5-7% del peso total de la algarroba frente a un 0.5-1% del resto de polialcoholes).

La investigación para la obtención del pinitol quedó estancada hasta fecha de 1993, cuando Sanjuan Díaz, en “Un jarabe constituido por los azúcares naturales de la algarroba y proceso para su obtención” CITATION San94 l 3082 (España Patente nº ES2060544, 1994), establece un método de extracción convencional mediante el cual se optimiza la extracción de azúcares y polioles, que se ampliará en trabajos posteriores de manera más exhaustiva, como se ve reflejado en “Procedimiento para la obtención de pinitol a partir de extractos de algarroba”CITATION Mac03 l 3082 (España Patente nº ES2179767, 2003) y “Method of obtainig pinitol from carob extracts” CITATION Mac04 l 3082 (EEUU Patente nº US6699511, 2004) y que desarrolla de forma más concreta para las etapas finales en “Procedimiento de obtención de un preparado a partir de algarroba y composiciones farmacéuticas y cosméticas que lo contienen” CITATION Mac061 l 3082 (España Patente nº ES2234422, 2006)Las etapas principales de este método consisten en una extacción acuosa en contínuo de los azúcares contenidos en la pulpa de la algarroba previamente acondicionada para purificar el jugo resultante. Para ello, se mantiene un tiempo de contacto mínimo posible, entre 1 y 3 horas en función de la variedad y el contenido de humedad de cada una, a temperaturas de entre 15ºC y 30ºC, y con pH’s de entre 4.6 y 5.4. El jugo obtenido era de una concentración en azúcares de unos 30º Brix. A continuación se prensaba el bagazo para retirar la disolución extracto retenida. Tras esto se realizará un filtrado bruto que acondicione el jugo para después llevar a cabo una descalcificación, y otro filtrado, más fino que el anterior. Entonces, se produce una primera evaporación, una separación cromatográfica de compuestos no azucarados, de minerales y sustancias colorantes y una última concentración para dar lugar a un jarabe concentrado en azúcares y ciclitoles.

La empresa que desarrolla este proceso (Compañía General del Algarrobo) durante los años 90, continua la investigación a lo largo de la década siguiente, estableciendo que puede ser viable separar y recuperar el pinitol de ese mismo jarabe concentrado por medio principalmente de resinas de intercambio iónico fuertes, tanto aniónicas como catiónicas.

Para ello se diseña un método que elimine la sacarosa de este jarabe, componente principal en más de un 50%, mediante un proceso de inversión que la transforme en fructosa o glucosa, siendo estos monómeros más fácilmente eliminables de manera posterior en un proceso cromatográfico ISMB, con el cual se podría llegar a una disolución de más de un 90% en D-pinitol.

Las investigaciones más recientes al respecto fueron llevadas a cabo por Tetik y otros autores desde finales de la década de 2000 y en adelante, desarrollando un procedimiento que permite obtener una disolución con un nivel de concentración de D-pinitol hasta cuatro veces mayor con respecto a un extracto inicial realizado con agua. Los primeros ensayos de extracción generales datan de 2006 (“Liquid Solid Extraction of Soluble Solids and Phenolic Compounds of Carob Bean”) , pero no será hasta fecha de 2011 que se comience a estudiar en profundidad la posibilidad de extracción del D-pinitol. En el artículo “Optimization of Extraction of D-pinitol and Phenolics form Cultivated and Wild Types of Carob Pods” se determinan las condiciones operativas con las que se obtiene un extracto bruto con una concentración óptima en pinitol (el estudio está un poco chungo; más concentración no implica mayor cantidad global extraída cuando usas mucho menos disolvente), siendo éstas un ratio sólido-disolvente 1:4, durante 2 horas y a 80ºC, si bien se observa que el incremento de temperatura tiene una influencia muy débil en el desarrollo de la extracción, por lo que no es un factor determinante y se deja la puerta abierta al empleo de temperaturas menores (reduciendo por tanto costes energéticos y posibles riesgos).
Estas condiciones son trasladadas al ensayo cuyos resultados se recogen en “Concentration of D-pinitol in Carob Extract by Using Multi-Stage Enrichmente Processes” (2015). En éste, se ensayan diversos métodos, los cuales constan de una serie de etapas comunes, pero que ven modificado su orden de implementación en la secuencia general, pudiendo ser alguno de sus parámetros ligeramente modificados. De forma global, estas etapas se basan en tratamientos enzimáticos y microbiológicos para la eliminación de azúcares, ultrafiltraciones para la purificación de mezclas, o concentraciones. La motivación de estos autores es encontrar un método alternativo a la utilización de columnas cromatográficas y de intercambio iónico probadas hasta la fecha debido a la que pueden presentar una mayor complejidad en implementación y operación. De entre los métodos ensayados, se concluye que uno de ellos resulta ser el más ventajoso, obteniendo concentraciones de pinitol que triplican las correspondientes a otras operaciones. El óptimo se detalla en el apartado (3.3.1).

De forma análoga al caso anterior, no se dan tan sólo métodos convencionales, sino que se están comenzando a desarrollar vías alternativas de extracción no convencionales: extracción directa con CO2 (SC)
2.5. extracción de otros compuestos.
2.6. métodos analíticos.

2.6.1. Análisis para la determinación de azúcares
2.6.2 Análisis para la determinación del d-pinitola) Método Baumgartner et al, 1986:
Derivado del proceso experimental más antiguo para la obtención de D-pinitol, emplea diversas cromatografías para contrastar los resultados obtenidos y corroborar que el producto en forma cristalizada es pinitol con un elevado grado de riqueza. Se detalla el proceso para la cromatografía de gases y espectrometría de masas empleadas por estos autores:
En primer lugar se ha de preparar un estándar interno, con derivados trimetilsilados de los ciclitoles y oximas de azúcares preparadas según el método de Zürcher et al (1975): muestras de sirope seco (cristalizadas), con masas de azúcar comprendidas entre 0.5-2 mg se han de disolver en 1 mL de piridina, con 0.5 mg de xilitol y 3 mg de hidrocloruro de hidroxilamina. Esta solución se ha de dejar evolucionar durante 30 minutos a 90ºC, tras lo cual 100 µL de la misma se sililan añadiendo 10 µL de trimetilclorosilano y 100 mL del compuesto conocido como MSFBHA (N-metil-N-(trimetilsilil)heptafluorobutiramida). Tras esto se ha de analizar en una columna de cromoabsorción tipo G (dimensiones 2m x 2 mm) al 4% de OV-17 (eso no sé lo que es).y una columan de sílice fundida SE-54 de 25 m. Las carreras de las columnas se programan en un rango entre 130 y 270º C, con aumentos de 5ºC/min. Las separaciones se dan en la columna capilar con helio como fluido portador a 0.45 bares de presión y un ratio 1:20, con temperaturas programadas entre 120 y 270 ºC, sufriendo aumentos progresivos de 5ºC por minuto, ajustando el inyector y el detector a 300ºC de temperatura. Los ciclitoles (chiro-inositol y ononitol) se consiguen separar con un cambio de temperaturas en el programa de 3ºC/min, con un tiempo de espera de 5ºC al alcanzar los 200ºC.
La cromatografía-espectometría se lleva a cabo en un espectómetro de masas tipo Carlo Erba/MS 80RF, para lo cual se inyectan dos microlitros puros en la columna SE54 con una presión de helio de 1.17 bares y temperaturas de 100 a 260ºC, aumentando 5ºC/min. Más concretamente, la espectrometría de masas se lleva a cabo como una espectrometría de ionización electrónica a un potencial de 70 eV y una espectrometría de ionización química a 90 eV, con amoniaco como gas agente reactivo.

Finalmente, también se comprobó con una cromatografía de capa líquida sobre un soporte de sílice-gel y un sistema de disolventes de agua, acetato de etilo y 2-propanol en ratios volumétricos de 6:11:83. Para poder detectar las sustancias, se ha de preparar una disolución de 1N de NaOH con un 0.5% (w/v) de permanganato potásico. En caso de querer comprobar la presencia de azúcares, se tiene que preparar una disolución al 1% de anilina y al 1% de difenilamina sobre 100 mL de acetona, mezclándola con 10 mL de ácido sulfúrico concentrado. Esta mezcla se rociará sobre la placa cromatográfica para a continuación calentar durante 10 minutos a 110 ºC.

b) Método Tetik et al, 2011:
Nuevamente se realiza un análisis del d-pinitol extraído (junto con la comprobación de azúcares presentes) mediante un procedimiento cromatográfico, más concretamente, una cromatografía líquida de alto rendimiento, o HPLC por sus siglas en ingés. Este método será replicado por otros autores en un futuro CITATION Ozi15 l 3082 (Oziyci, 2015).

El proceso cromatográfico se basa en emplear un sistema de transporte de disolvente HPLC con una columna de guarda (CARBOsep Coregel 87P, 4 x 20 mm2; Transgenomic, Omaha, NE, EEUU), conectada a una columna analítica (CARBOsep Coergel 87P, 7.8 x 300 mm2, Transgenomic) y a un detector de índice de refracción (Shimadzu RID-10A). Las distintas columnas se han de calentar hasta 85ºC mediante una columna estufa/horno = oven ¿?, modelo Varian Mistral (Varian, Palo Alto, CA, EEUU). Como fase móvil se emplea agua MilliQ, a un caudal de paso de 0.6 mL/min, con los valores recomendados relativos a masas y caudales de funcionamiento proporcionados por el fabricante de los equipos. Cada muestra de unos 2 g de masa, aproximadamente, se diluyen con agua MilliQ (1:25), mediante una agitación suave, para continuar con otra dilución (1:10) adicional, habiendo obtenido esta agua MilliQ mediante un sistema purificador MilliQ Plus (Millipore, Espoo, Finlandia). Las muestras doblemente diluidas se filtran por un filtro memebrana de 0.45 µ (CHROMAFIL PET-45/25, Macherey-Nigel, Düren, Alemania) de manera previa a la inyección.
Una vez se procede a realizar la inyección al sistema HPLC, ésta se realiza con un sistema de muestreo automático Shimadzu SIL-20ª, en volúmenes de 20 µL. Para este método no se prepararon estándares internos de forma manual, sino que fueron adquiridos de la compañía Sigma-Aldrich Chemie (San Louis, MO, EEUU), en cantidades que iban de 50 a 500 µg/mL.

Método Berna et al, 2006
Este método se basa en un principio de solubilidad del pinitol en CO2 supercrítico. Tras la extracción realizada por estos autores, se llevan a cabo una serie de diluciones hasta tener concentraciones de D-pinitol en el reango de medida de los aparatos a emplear (no se especifican valores). Tras realizar una calibración con una solución estándar, preparada gravimétricamente, se mide la cantidad global contenida en cada muestra con un espectrofotómetro modelo 8453 Hewlett-Packard de diodo UV-Vis.

c) Rotación óptica
buscar trabajar con liquidos (x) o disoluciones (v)
d) Punto de fusión
Se trata de un método de comprobación indirecta para la identificación de una sustancia averiguando la temperatura a la cual ésta cambia de fase, más concretamente, de estado sólido a líquido (o viceversa).

Por un lado, este análisis se puede realizar mediante medidores de punto de fusión automáticos o semiautomáticos, como pueden ser los medidores M5000/M500 o KSP1N/KSP1D de la casa comercial Krüss Optronic (Alemania). Estos dispositivos, y otros análogos de otras marcas tienen un funcionamiento similar: se actúa sobre sustancias sólidas que han sido reducidas a una matriz pulvurelenta, introduciendo la masa en un capilar que se introduce en un compartimento del equipo que cierra de manera hermética. Gracias a un sistema formado en parte por un conjunto de ventilador/resistencia, se aumenta la temperatura de todo el sistema y, mediante un subsistema de registro automatizado, se miden las temperaturas a las que se producen los cambios de fase, con márgenes de error de +/- 0.5ºC, aproximadamente. Se trataría de un procedimiento con un grado mínimo de intervención humana, con lo que aumenta la capacidad de reproducción de experiencias sin grandes desviaciones.

Sin embargo, no siempre existe la disponibilidad de este tipo de dispositivos, pero sí se pueden reproducir condiciones similares con material ordinario de laboratorio. Las alternativas propuestas son:
d.1) MÉTDODO DEL BAÑO LÍQUIDO.

Para llevar a cabo este método se ha de tener una noción de la temperatura de fusión del compuesto aproximada (de modo que sirve fundamentalmente para realizar comprobaciones en relación a la presencia o grado de pureza de una sustancia), ya que el aumento de temperatura de la muestra se realiza de manera indirecta calentando una sustancia fluida en un paso intermedio, que será la que transmita el calor al componente a fundir. Con esto se opera asegurando que no se vayan a producir vapores que, por un lado conlleven pérdidas de reactivo y, por otro, supongan riesgos por inhalación al operador. Las recomendaciones de fluidos son:
– Agua para temperaturas de 60º e inferiores.

– Glicerina para temperaturas de 150ºC en inferiores.

– Parafina líquida para temperaturas de 250ºC e inferiores.

– Aceites siliconados o ciertos aceites vegetales (p.ej., el aceite de sésamo) para temperaturas de 300ºC e inferiores.

La sustancia líquida se introduce en el recipiente del baño, que será calentado mediante llama o, preferiblemente, de manera eléctrica, ya que se puede llegar a tener un control sobre la evolución del perfil térmico de mayor precisión, y con un sistema de agitación que asegure una distribución de temperaturas homogénea. Aquel componente o compuesto del que se quiera averiguar su temperatura de fusión se habrá de introducir en un tubo estrecho abierto, en forma de polvo, por un extremo, por ejemplo un tubo de ensayo o, en caso de ser posible, un tubo capilar, ya que garantiza una mayor homogeneidad térmica de las moléculas en su interior debido a la pequeña cantidad de materia que puede albergar en su interior, en relación a una superficie de contacto (lateral) relativamente elevada. De manera simultánea se introducen el tubo y el termómetro (de manera que el bulbo quede a unos 20 mm, de forma aproximada, del fondo del baño, y sin que exista ningún tipo de contacto entre elementos). Se realizará un registro de las temperaturas hasta la comprobación de manera visual del cambio de fase de la sustancia.

d.2) MÉTODO DEL BLOQUE METÁLICO.

El fundamento del procedimiento es similar, pero en este caso, la temperatura la genera un bloque o placa metálica, que se encontrará en contacto directo con el conjunto tubo-termómetro. El bloque o placa se suele calentar de manera rápida hasta unos 20-15ºC por debajo de la temperatura de fusión a comprobar, momento a partir del cual se reduce el aporte de energía hasta lograr incrementos de temperaturas inferiores a 1ºC/min. Nuevamente, se realiza una comprobación visual de la temperatura de fusión.

d.3) MÉTODO DE DETECCIÓN FOTOELÉCTRICA.

Un tubo como los descritos anteriormente, se introduce en un cilindro metálico que se calentará, al cual se le ha practicado una incisión de entrada y salida. A través de esta obertura, se envía un haz de luz, que ha de atravesar a su vez la sustancia a medir, hasta alcanzar una célula fotoeléctrica, mientras se va aumentando de forma progresiva la temperatura del cilindro de metal. Al alcanzar el punto de fusión, las propiedades ópticas de la sustancia se verán modificadas, de modo que la intensidad de luz que llega a la fotocélula se incremente. Esta fotocélula ha de estar conectada a un sistema de control digital que recoja los datos de temperatura-intensidad de toda la experiencia.

d.4) OTROS MÉTODOS.

Existe un conjunto de métodos experimentales alternativos para determinar este parámetro, como el método del microscopio de fusión, método del menisco o de calorimetría diferencial y punto de fluidez pero, dado que estos se aplican a unos tipos de sustancias muy específicas (derivados del petróleo, poliamidas…), no son aplicables a la determinación de la Tª de fusión de sólidos como el pinitol, por lo que no resultan de interés a este TFG.

2.6.3 Análisis para la determinación de otras sustancias
-HUMEDAD
-PROTEINAS/ AA’s- LÍPIDOS/AC. GRASOS
-VITAMINAS/MINERALES
-FIBRA ALIMENTARIA
-POLIFENOLES
2.7. influencia del régimen y estado del cultivo en la composición.

No abundan los estudios que analizan en qué medida el régimen de cultivo (árboles cultivados vs silvestres) influye en la composición fitoquímica del fruto del algarrobo, o como dicha composición puede verse afectada por el estado madurativo del mismo, aunque se conoce que estos factores pueden ser determinantes en los tipos y cantidad de compuestos que estén presentes en las diversas especies vegetales.

Los artículos bibliográficos disponibles CITATION Vek11 m Asf12 l 3082 (Vekiari, 2011; Asfi, 2012) proporcionan la siguiente información sobre las fracciones más representativas o de mayor interés:
2.7.1 Variación composicional en función del ciclo vegetativo:
– La actividad bioquímica de los frutos recolectados varía siguiendo patrones similares a lo largo de lo que se puede diferenciar como tres etapas principales de maduración. La primera de ellas corresponde a un desarrollo lento del fruto y a débiles variaciones en la composición química, que abarca desde el nacimiento del mismo tras la polinización hasta finales de invierno (febrero-marzo). A continuación se da la segunda etapa, que alcanza hasta finales de mayo, aproximadamente, durante la cual se produce un crecimiento exponencial del fruto en cuanto a dimensiones se refiere y siendo además la etapa más activa a nivel bioquímico, con constantes variaciones y transformaciones de los nutrientes y componentes detectados. Finalmente, la última fase de maduración alcanzará hasta el momento de la recolecta; en ésta los cambios visuales apreciados no son tanto un crecimiento del fruto, sino que va modificando paulatinamente en el color tanto de la vaina como de la pulpa. En cuanto a composición, no se dan los cambios tan pronunciados y alternantes característicos de la fase anterior, sino que pasa a ser una evolución lenta y paulatina hasta llegar al estado final de maduración, donde se produce la recolecta habitual. De aquí en adelante, a cada una de estas fases se las conocerá como primera, segunda y tercera etapa de maduración, respectivamente.

– Por un lado, estudiando la cantidad de humedad contenida en el fruto, en un principio es altamente elevada, es decir, el agua supone la mayoría del peso de la vaina en desarrollo (un 75-80%), mientras que a partir de la segunda y, especialmente durante la tercera etapa, este valor cae drásticamente hasta valores de un 7-10 %.

– Las proteínas siguen una evolución de tendencia análoga, ya que llegan a alcanzar sus valores máximos durante el primer periodo de maduración, un 9% (expresado en base de materia seca), descendiendo hasta aproximadamente la mitad durante el segundo y tercer periodo (4-5%).

– Los ácidos grasos son los componentes que se han investigado de manera más exhaustiva con respecto a su contenido, de un total de hasta 18-20 tipos, (en función del estudio), siendo las conclusiones de manera general, que en las primeras etapas de crecimiento existen unos ácidos que predominan sobre el resto, especialmente el linoleico en sus distintos isómeros. Sin embargo, conforme avanza el proceso de maduración, el contenido en los más representativos va disminuyendo acompañado de un aumento de otros (como el oleico o el palmítico), en consonancia con los resultados de diversos autores, y finalmente, durante la tercera etapa de maduración, se ha observado que no se producen grandes variaciones con respecto a la anterior, sino pequeños cambios graduales con tendencia tanto a ascender (principalmente el oleico) como a descender, en función del ácido. Hay una cantidad importante de ácidos grasos que se han considerado minoritarios, ya que su proporción en el fruto (estudiado en base de materia seca) puede llegar a ser de uno o incluso dos órdenes de magnitud inferiores a los mencionados, por lo que no se ha incidido de manera detallada en su evolución, aunque en líneas generales se podría afirmar que sus concentraciones alcanzan máximos entre la segunda y la tercera etapa de maduración.

– La variación del contenido de polifenoles se producirá de manera bastante drástica: las mayores concentraciones se alcanzan en las etapas tempranas de maduración, mientras que al acercarse a la segunda o tercera etapa, se dan descensos bruscos, incluso de hasta el 80-90% en algunos casos con respecto a las concentraciones inicialmente detectadas, pero generalmente de manera no lineal. Esto se ha atribuido a que los ponifenoles contribuían en el desarrollo de otras sustancias de la planta durante la maduración, como los taninos, degradándose durante el proceso.

– Finalmente, analizando la variación de la cantidad de azúcares, se presentan las siguientes observaciones: de manera general, en el caso de dedicar la algarroba a la industria alimentaria, una de las aplicaciones más comunes y estudiadas es la obtención de un extracto o jarabe rico en azúcares, bien como aditivo o sustitutivo de otros productos, interesando para ello principalmente la sacarosa. Estudiando la evolución de la sacarosa, el máximo contenido se halla entre la 2ª y especialmente, en la 3ª etapa de maduración. Esta información viene contrastada por otros autores, como Boulli (2011).

Adicionalmente a la sacarosa se encuentran también contenidas en la pulpa, la fructosa (aunque en proporción bastante menor y con una variación reducida a lo largo de la maduración, encontrándose su óptimo en la 2ª etapa de recolección) o la glucosa.
La evolución de la concentración de D-pinitol en función del estadio madurativo no ha sido estudiada hasta la fecha por los diversos autores, pero sin embargo sí existen análisis que la relacionan con la cantidad de los distintos carbohidratosCITATION Tur14 l 3082 (Turhan, 2014). Mientras que para los dos primeros tipos de azúcares no se ha encontrado una correlación entre su contenido y la cantidad extraíble de D-pinitol, sí se ha podido observar una correlación de cierta fuerza entre ésta y la cantidad de glucosa en el fruto. Es por ello que cuando el D-pinitol sea el principal componente de interés, lo óptimo sería tratar la algarroba cuando presente el máximo en glucosa, dándose esta situación aproximadamente en la segunda mitad de su segunda etapa de maduración.

2.7.2 Variación composicional en función del régimen de cultivo:
Otro posible factor que se puede estudiar es el método de cultivo del árbol de la algarroba, es decir, si la planta se encuentra en estado silvestre o si es cultivada por el hombre, ya que esta última tendrá mayor acceso a agua, nutrientes y podrá ser tratada con productos fitosanitarios para evitar o reducir los efectos perjudiciales de plagas o enfermedades, por ejemplo.

Analizando los componentes más representativos contenidos en la algarroba de los que se ha hablado anteriormente, pero en este caso, comparando entre árboles silvestres y cultivados, se tiene la siguiente información:
– Para el contenido de humedad, se daba un porcentaje similar tanto para los árboles cultivados como para el resto durante las distintas etapas de maduración.
– Estudiando el contenido en proteínas, se llega a conocer que los árboles cultivados presentarán un contenido algo superior, aunque la evolución temporal para ambos factores se producirá de manera análoga.

– Por contraposición, son los árboles silvestres los que presentan un mayor contenido en polifenoles y, aunque se produzca una disminución según avance la maduración, no lo hace de manera tan acusada como los árboles cultivados.

– De manera similar las mayores concentraciones de ácidos grasos se darán en árboles salvajes.

– En último lugar, al estudiar los azúcares y compuestos asociados, dependiendo de si se va a emplear la algarroba para un uso alimentario convencional (jarabe de azúcares), interesa un mayor contenido en azúcares totales y sacarosa, el cual se da para los árboles que se encuentran en régimen de regadío.

Del mismo modo que se explica en el apartado (2.7.1), no se ha realizado una comparativa de la cantidad de polioles cíclicos con respecto al régimen de cultivo. Pero sí se extrae información relativa a que, si el objetivo principal es la extracción de pinitol, su máxima concentración irá ligada a la máxima de glucosa en la algarroba, lo cual se produce en árboles salvajes.

Cabe destacar que los resultados extraídos de distintos estudios cuyas conclusiones se han recogido, se realizaron sobre unas especies concretas de algarrobo (normalmente típicas de la zona del este mediterráneo), y que si se realizasen los mismos estudios sobre variedades de algarroba más comunes de la zona oeste del área mediterránea (España, Portugal, norte de Marruecos o sur de Francia), los resultados podrían presentar cierta variabilidad.

Es más, dentro de las variedades típicas de una zona, el contenido en una sustancia específica puede variar de manera muy considerable. Este podría ser el caso de los azúcares totales, ya que por ejemplo en las clases denominadas como “bravía” o “costella”, el contenido en azúcar es especialmente bajo, mientras que en otras como puede ser la “durayó” el contenido es bastante elevado. Sin embargo se puede esperar que si se producen cambios en el contenido de una misma clase a lo largo de su ciclo de maduración, estos se den de manera análoga a la descrita anteriormente.

Como conclusión de la información recogida en los apartados anteriores, se podría afirmar que en función del componente que suscite el mayor interés para un proceso, convendría recolectar y tratar la algarroba en una de las distintas etapas de su ciclo vegetativo u en otra. Adicionalmente, también juegan un papel importante otras variables como la variedad empleada, así como factores genéticos y climatológicos/ambientales sobre un mismo conjunto de árboles, por lo que sería conveniente realizar estudios y ensayos previos para distintas sustancias y plantas.

Y como consecuencia, con la finalidad de maximizar la extracción del D-pinitol, conviene recolectar el fruto en la situación donde se dé una mayor cantidad de glucosa, es decir, se preferirá trabajar sobre el fruto de un árbol no cultivado o silvestre, recolectándolo preferentemente al final de la segunda etapa de maduración concretadas al principio de este apartado. Dicho árbol pertenece a la variedad Matalafera, ya que, como se ha explicado anteriormente, es uno de los más ventajosos por su equilibrado y alto contenido tanto en azúcares como en rendimiento de garrofín.

CAPÍTULO 3. procedimiento experimental
3.1. determinación de las condiciones de operación para la extracción.

3.1.1 Diseño del diagrama del proceso.

En un primer lugar, teniendo en cuenta los métodos seleccionados en los apartados (2.3) a (2.6), y recopilando información de la bibliografía relacionada que se encuentra disponible, se propone a continuación un diagrama de bloques que define el proceso mediante el cual se obtendrá un extracto de algarroba, constituido principalmente por azúcares, encontrándose otras sustancias de interés en menor proporción:
DIAGRAMA 1 / 2
Los pasos a seguir durante el mismo, de forma detallada, son:
– ETAPA 1, OBTENCIÓN DE LA MATERIA PRIMA: En primera instancia, se ha de adquirir la materia prima con la que se vaya a operar, bien sea mediante compra a proveedores o mediante recolección directa del lugar de cultivo para, seguidamente, realizar el transporte al laboratorio o planta de operación donde se vaya a trabajar con ella. En esta operación de transporte y en alguna posible operación de almacenamiento intermedio, en caso de existir, habría que tener en cuenta características intrínsecas de la materia prima, como el porcentaje de humedad, temperaturas de mantenimiento, etc., para asegurar que se dan las condiciones adecuadas para su no deterioro, como por ejemplo, mediante la aseguración de una correcta aireación o una climatización ambiental en torno a unos parámetros establecidos.

– ETAPA 2, ACONDICIONAMIENTO DE LA MATERIA PRIMA: Para ello se realizan operaciones de separación que eliminen otros elementos que hayan podido acompañar al fruto desde su recogida (hojas, ramas, piedras, etc.) mediante diversas operaciones, como pueden ser cribados, con uso de flotadores. También será importante realizar una operación de lavado, preferiblemente con agua a presión, de modo que se eliminen productos fitosanitarios que se puedan encontrar sobre la superficie externa del fruto, o incluso microorganismos, de modo que se evita su proliferación y, por tanto, la degradación de la materia prima. Finalmente se realizará un secado, siendo una opción común el optar por un aporte de calor intenso durante un breve lapso de tiempo. Esto, a su vez, tiene dos finalidades: eliminar la humedad depositada sobre el fruto, evitando lixiviados y podredumbre y además, la desactivación de enzimas contenidas en el mismo, evitando en lo posible que continúe el proceso de maduración, el cual se podría ver ligeramente favorecido por el calor metabólico de respiración de las células vegetales incluso después de la recolecta.

– ETAPA 3, ELIMINACIÓN DE SEMILLAS: La vaina de la algarroba se trocea en fragmentos de un tamaño del orden de varios centímetros, con el fin de generar trozos lo suficientemente pequeños que permitan el acceso a la semilla de garrofín, pero sin excederse en la reducción de tamaño para evitar dañar estas semillas. A continuación, la mezcla será sometida a un proceso de separación, como un cribado, a partir del cual, la fracción de finos (garrofín) se desviará a procesos industriales paralelos, y los fragmentos de algarroba continuarán hacia la línea de extracción.

– ETAPA 4, SEPARACIÓN DE LA PULPA: Etapa de carácter optativo, algunos autores escogen realizar una separación de la “piel” exterior del fruto, con el fin de, en etapas posteriores, emplear tan sólo la pulpa, alegando que esto facilitará los fenómenos de transporte de materia, pues se elimina una barrera a la difusión de los componentes en su extracción.

-ETAPA 5, SECADO/TOSTADO: Se somete a las partículas provenientes de la etapa anterior (la pulpa proveniente del paso 4 si se decidió eliminar la piel exterior o el fragmento íntegro obtenido en la etapa 3). La intención de esta operación es eliminar agua residual que pueda haber quedado contenida en el producto y, especialmente, homogeneizar las características de las distintas fracciones de materia prima que se vayan incorporando al proceso. Diversos autores proponen distintas combinaciones de tiempo/temperatura para lograr estos efectos. Algunos ejemplos son someter a la algarroba a 40ºC durante 24 hrs, o durante tan sólo un par de horas a 70ºC y ejerciendo vacío para acelerar el proceso.

– ETAPA 6, TROCEADO: Los fragmentos provenientes del secado son sometidos a una operación adicional de reducción de tamaño, como etapa intermedia hacia una reducción más minuciosa.

-ETAPA 7, TRITURADO: Para obtener partículas cuyo tamaño sea del orden de varios milímetros (encontrando un óptimo en torno a los 2 mm CITATION Mar17 l 3082 (Marquino Fernández, 2017), con rendimiento de extracción superior al 90 % en operación con etapas).

-ETAPA 8, TAMIZADO: Las partículas provenientes del triturado se someterán a una separación por tamaños. Aquellas que cumplan los requisitos establecidos, es decir, cuyos tamaño sea menor que la luz de malla del tamiz seleccionado, continuarán con el proceso, mientras que aquellas que resulten ser demasiado grandes, se recircularán hacia la etapa anterior hasta que alcancen las dimensiones requeridas.

– ETAPA 9, ADICIÓN DEL DISOLVENTE: En este paso se incorpora la cantidad adecuada del disolvente seleccionado al sólido sobre el cual se va a realizar la extracción.

Es crucial la elección de un disolvente adecuado, el cual debe obedecer a los requisitos enumerados en el apartado (2.3). En las experiencias cuyos resultados han sido publicados por diversos autores se han llegado a emplear diversos disolventes, en su mayoría orgánicos, o combinaciones de estos en distintas proporciones. Como ya se ha expuesto, en el proceso de selección hay que tener en cuenta el soluto de principal a interés, ya que se ha de buscar una interacción máxima con el mismo. Un ejemplo de ello es el empleo de una mezcla de cloroformo y bencina (1:1) CITATION Aya07 l 3082 (Ayaz, 2007)para la extracción de polifenoles, o incluso una disolución de etanol al 95%.
Más concretamente, en esta etapa lo que se busca es realizar una extracción principalmente de azúcares y sustancias afines o de naturaleza similar. Ante esto, la mayoría de los autores optan por el empleo del solvente universal, habiéndose eliminado iones o impurezas por distintos métodos. Se llevaron a cabo experiencias que estudiaban la posibilidad de emplear otras CITATION Ros13 l 3082 m Aya07 m ElH11 m Pat75(Roseiro, 2013; Ayaz, 2007; El Hajaji, 2011; Paterson, 1975), como acetato de etilo, metanol, etanol, o acetona (pura o en disolución con agua a distintos ratios). De estas experiencias se extrae que el agua es la sustancia más apropiada. De los ensayos en los que se probaban distintas sustancias, se extrae que el agua tiene un poder mayor de extracción que el etanol, siendo éste a su vez más efectivo que el metanol, y éste que el acetato de etilo; también que usando otra sustancia como es la acetona, se obtienen mejores resultados cuanta mayor proporción de agua haya en la mezcla líquida.

Por ello, se escoge el agua (desionizada, por medio de ósmosis para esta experiencia en concreto) sobre el resto de sustancias posibles. No sólo tiene una mayor capacidad de extracción con respecto a los componentes objetivo, sino que llega a ser de menor coste de adquisición y no presenta problemas de alta volatilidad o toxicidad que sean origen de pérdidas económicas o de conflicto con respecto a seguridad industrial en operación. Asimismo, se amplían los posibles usos que se le darían posteriormente al extracto y sus derivados: mientras que la extracción con agua no presenta problema alguno de compatibilidad por ser completamente inocua, en caso de usar sustancias tóxicas, irritantes o corrosivas como las otras mencionadas, una parte importante de las posibles aplicaciones quedaría descartada, en especial todas aquellas que involucrasen un consumo directo o indirecto de las sustancias extraídas por el ser humano, con el fin de evitar riesgos de toxicidad por contaminación.

También es importante la selección de la cantidad de disolvente a emplear en relación a la masa sobre la que se realiza la extracción. Los diversos estudios proponen una variedad de ratios sólido:líquido, variando desde 1:2, pasando por 1:4, 1:5, 1:8, hasta 1:18. Para esta experiencia se ha decidido seguir las condiciones empleadas por Marquino Fernández (2017) en su extracción en discontinuo, empleando 20 gramos de material sólido en 250 mL de agua osmotizada.

Con respecto a las condiciones de extracción, se realizará a presión atmosférica. Numerosos autores optan por trabajar en ambientes ligeramente ácidos y a temperaturas superiores a la ambiental, que pueden variar entre 30ºC y 80ºC, ya que esto puede conllevar un aumento en la solubilidad de los solutos, aumentando la cantidad global de materia extraída. Sin embargo, otras experiencias CITATION Mar17 l 3082 (Marquino Fernández, 2017) demuestran que la mejoría con respecto a operar en condiciones de pH neutro y temperatura ambiental no son significativas como para justificar el gasto en reactivos que modifiquen la acidez de la muestra o el gasto energético en sistemas de calefacción, por lo que se reproducirán las condiciones con las que operó esta autora.

– ETAPA 10, EXTRACCIÓN: Con el fin de continuar con la replicación de las condiciones experimentales de Marquino Fernández, se decide realizar la extracción durante un tiempo total de 180 minutos, a presión y Tª ambiente, sin modificar pH, si bien otros autores escogen otras combinaciones (30ºC, 180 min; 43ºC, 160 min; 50ºC, 120 min; 80ºC, 180 min; son algunos de los ejemplos.

-ETAPA 11, SEPARACIÓN SÓLIDO-LÍQUIDO: En este paso se busca separar las dos corrientes procedentes de la separación: el extracto (conjunto de disolvente y solutos extraídos) y el sólido (parcialmente) agotado. Existen diversas posibles opciones para realizar dicha separación: centrifugación, filtración con distintos medios, etc. Para este caso concreto se decide realizar un filtrado mediante un colador de tela ¿densidad de fibras?. 100 micras ¿?
– ETAPA 12, PRENSADO: El bagazo procedente de la etapa anterior ha de ser sometido a una etapa de prensado para la extracción del porcentaje de disolución extracto retenida (que puede oscilar entre un 20 y un 30%).

– ETAPA 13, ALAMACENAJE: Se combinan las dos corrientes de extracto de azúcares procedentes de las etapas 11 y 12, para introducirlas en botellas de recolección de muestra. Tras etiquetarlas de manera adecuada para su correcta identificación de manera posterior, se conservan en refrigeración o congelación hasta que llegue el momento de continuar el proceso para la extracción de inositoles.

Desde diversas etapas de entre las descritas anteriormente, surgen corrientes de otras sustancias (residuos orgánicos vegetales en la Etapa 2, semillas de garrofín en la Etapa 3, etc.), las cuales pueden tratarse de subproductos de bajo interés industrial o materias primas muy valoradas en otros procesos. Para cada una de estas corrientes, de manera individual, habrá que realizar una operación de VALORIZACIÓN la cual consistirá en un estudio de las posibles aplicaciones de estas sustancias con el fin de obtener el máximo provecho económico de las mismas. Aquellas a las que no se les encuentre utilidad posterior, serán preparadas para su eliminación como deshechos
3.1.2 Aplicación de las operaciones definidas sobre distintas especies vegetales.

Es necesario resaltar que el proceso explicado en el apartado (3.1.1) va destinado al tratamiento de la algarroba madura, que tiene unas propiedades específicas de humedad, consistencia…
Sin embargo, durante el desarrollo de este estudio, también se tratará el fruto durante sus etapas más tempranas de maduración, al poseer características distintas, podrá ocurrir que existan etapas que no se puedan llevar a cabo de la manera genérica explicada anteriormente. Por ejemplo, debido al elevado contenido en agua (de casi un 80 %) en las etapas iniciales, las operaciones de troceado, triturado y tamizado pueden verse dificultadas. De esto surge la necesidad de introducir unas leves modificaciones en el proceso. Es más, dado que durante el desarrollo experimental de esta parte del estudio, el fruto de la algarroba se encontraba en una fase demasiado temprana de desarrollo y no era posible su recolección, se seleccionaron una serie de especies vegetales que presentaran características similares a las que se darían posteriormente con la algarroba. Más concretamente se seleccionaron judías trepadoras para su consumo en estado fresco, más comúnmente conocidas como judías verdes, por ser consumidas en un estado de inmadurez fisiológica (por lo que resulta lo más parecido a la algarroba en fase de maduración), perteneciente a la variedad “Zondra”; habas, de la variedad “Aguadulce”, tirabeques, de la variedad “Guisante capuchino”y de lo otro no he encontrado la variedad ¿?.

El proceso tras la incorporación de las modificaciones necesarias para adecuar las operaciones a las nuevas condiciones de operación queda de la siguiente manera:
Las primeras etapas se mantienen, tras adquirir el producto y habiéndolo mantenido correctamente almacenado durante los tiempos de espera, para proceder a su tratamiento, se hubo de limpiar minuciosamente. A continuación, se debería eliminar las semillas de manera análoga a como se procedería con el garrofín, pero esto sólo se hizo en las especies cuyas semillas eran los suficientemente grande como para interferir con la extracción de la pulpa (p.ej. para las judías verdes eran tan pequeñas que no habría supuesto gran diferencia retirarlas o no). Seguidamente, se decidió seguir dos posibles vías para la extracción: tras realizar una primera trituración, aproximadamente la mitad de cada sustancia se dedicó, por un lado, a realizar una extracción directa, con el producto fresco, mientras que a la mitad restante se le aplicó el tratamiento térmico de secado/tostación con el fin de averiguar hasta qué punto este paso afectaba al rendimiento de extracción de compuestos. Este tratamiento térmico tenía una duración aproximada de entre 5 y 6 horas hasta asegurar que se había retirado toda el agua presente en el conjunto de masa triturada, es decir, hasta conseguir un peso constante. Los pasos finales de extracción, separación, prensado y almacenaje permanecen inalterados.

MATERIAL EMPLEADO
– Trituradora “Moulinex”
– Balanza digital, 3 cifras
– Base agitadora
– Agitador magnético
– Vasos de precipitado, 500 mL- Espátula metálica
– Pipetas Pasteur
– Viales de vidrio, con tapón
– Viales Eppendorf- Gradilla de plástico
– Refractómetro digital
– Laboratory wipes¿Pongo que se intentaron métodos alternativos de trituración como el pela-ajos? Fue fail total
3.2. evolución composicional en función del grado de maduración de la algarroba.

3.3. obtención del d-pinitol a partir de los extractos de azúcares.

3.3.1. Definición de propuestas para la purificación del D-pinitol.

Tras haber evaluado la bibliografía disponible en el apartado (2.4) referente a la extracción del d-pinitol, se proponen a continuación diversos métodos de trabajo para la obtención y purificación del mismo, empleando primeramente una extracción convencional para obtener azúcares y otros compuestos.

En este apartado, la metodología se aplicará, en primer lugar, sobre algarroba madura adquirida de cosechas anteriores hasta perfeccionar el desarrollo del método experimental para, a continuación, reproducir el proceso sobre los extractos obtenidos en el procedimiento explicado en el apartado (2.4) y comprobar en qué etapa del ciclo madurativo convendría realizar la recolecta de algarroba para optimizar la cantidad de D-pinitol a extraer.
Las secuencias propuestas son:
Método 1 (basado en el trabajo de CITATION Bau86 l 3082 (Baumgartner, 1986)) en el diagrama en papel, el #3
DIAGRAMA opción #3
– ETAPA A-1, INOCULACIÓN: El extracto proveniente de la línea de trabajo anterior ha de sufrir un proceso de eliminación de azúcares. Para ello se realizará una fermentación alcohólica. Como paso previo a la misma, es necesaria una etapa de preparación durante la cual se inoculen levaduras, más concretamente las de la especie Saccharomyces Bayanus, con una tasa del 0.01 % (w/v)
– ETAPA A-2, FERMENTACIÓN: Manteniendo unas condiciones ambientales de 30ºC, se deja evolucionar la fermentación durante un período de 7 días. Es crucial no alargar esta etapa más de lo necesario, ya que se pueden dar fenómenos indeseables. Ejemplos de esto podrían ser la autólisis, o fenómeno de autodegradación entre microorganismos, causado cuando algunos de ellos tienen dificultades para acceder a sus fuentes de alimento más fácilmente metabolizables; por ello, proceden a degradar a otras levaduras como fuente de carbono, creando subproductos que dificultan el proceso de forma global y cuya eliminación posterior puede ser muy complicada. Además, podría darse el caso que también llegasen a emplear el producto de interés como sustrato, disminuyendo de forma muy notable el rendimiento final.

– ETAPA A-3, FILTRADO: Habiendo finalizado la fermentación, pero no con una tasa de conversión de azúcares del 100% por los motivos ya explicados, será necesaria una etapa de eliminación final de los mismos. Sin embargo, ésta no se puede realizar de manera inmediata, sino que hay que realizar unos pasos previos de preparación para la purificación final. El primero de ellos consiste en un filtrado, en el que se eliminen impurezas coloidales y, principalmente, las levaduras, con el fin de evitar que continúen la fermentación hasta un punto no deseado.

– ETAPA A-4, CONCENTRACIÓN: De nuevo se trata una operación previa de acondicionamiento, para la eliminación final de azúcares. En ella se eliminará el exceso de disolvente mediante un proceso de evaporación hasta alcanzar una concentración de 50 ºBrix- ETAPA A-5, SEPARACIÓN IÓNICA: Finalmente, las trazas de azúcares que permaneciesen inalteradas en la mezcla se eliminaban de manera definitiva mediante el empleo de unas columnas de resinas de intercambio iónico. Más concretamente, se emplean resinas Dowex 1-X8, de intercambio aniónico, del calibre 100-200 mesh, lo que determina una “luz de malla” específica en una columna de 120 cm de altura y 1.5 cm de diámetro. No se proporciona información de las condiciones de operación de la columna; para las resinas sugeridas, las cuales se encuentran en la forma Cloro, el fabricante, DowChemicals, sugiere en la hoja de especificaciones unas condiciones de operación, como temperaturas de trabajo entre 60ºC y 140ºC, tiempo de contacto mínimo de 20 minutos, caudal de servicio comprendido entre 5 y 50 veces el volumen del lecho de resinas (en este caso 67.5 cm3) por hora, etc.

– ETAPA A-6, EVAPORACIÓN FINAL: La disolución proveniente de la etapa anterior se somete a una evaporación de todo el líquido presente, de forma que cristalicen los sólidos presentes. La composición de estos será en parte mayoritaria pinitol, aunque se darán trazas de otros ciclitoles asociados. En caso de querer obtener una pureza casi absoluta de pinitol, los autores sugieren emplear otra separación iónica, en este caso con resinas Dowex 50W-X4 en forma catiónica, 50-100 mesh, con una dilución del líquido madre de los cristales (proveniente de la etapa A-5 y alcohol al 87%).

Método 2 (basado en el trabajo de Sanjuan, 1993-2006)
DIAGRAMA opción #2
Para este método se detalla de manera muy precisa cómo realizar el extracto acuoso de azúcares de la algarroba. Las líneas generales del mismo se han descrito en el apartado (2.4) y coinciden de manera global con el método propuesto a seguir en este TFG en el apartado (3.1), si bien en éste se omite la concentración final de la extracción. Los pasos a seguir son:
– ETAPA B-1, PREFILTRADO: Se realiza un filtrado bruto para acondicionar el extracto a la separación de minerales posterior.

– ETAPA B-2, DESCALCIFICACIÓN DEL EXTRACTO: El extracto filtrado se pone en contacto con una resina catiónica fuerte en la forma sódica, para extraer la mayor cantidad posible de iones calcio y magnesio de la disolución. La duración de esta etapa se puede ver alterada en función de si se empleó agua desionizada o de red para realizar la extracción (en este caso, como se optó por el empleo de agua osmotizada, este paso será menos costoso), pero igualmente será necesaria su realización ya que la pulpa de algarroba es rica en estos minerales. Es esencial su eliminación ya que estos aportan dureza a la mezcla y pueden producir deposiciones e incrustaciones en etapas posteriores de concentración, que puedan estropear equipos o reducir la eficacia energética disminuyendo los coeficientes de transferencia térmica.

– ETAPA B-3, FILTRADO FINO: El extracto descalcificado se ha de pasar a través de un filtro (MF o UF) que retenga, al menos, partículas de tamaño superior a las 5 micras, con lo que se eliminan sólidos en suspensión y se higieniza, ya que al mismo tiempo se está consiguiendo eliminar patógenos.

– ETAPA B-4, EVAPORACIÓN/CONCENTRACIÓN: Con el fin de realizar la separación cromatográfica posterior en condiciones adecuadas con respecto al fluido alimento, es necesario concentrar el extracto, hasta una concentración aproximada de 60º Brix. Puesto es desfavorable para el extracto el estar sometido a la acción prolongada del calor, es aconsejable el empleo de evaporadores de múltiple efecto, que operen a 126, 120, 111 y 97ºC en las etapas correlativas. Con ello se evita un aglomerado indeseado de los azúcares en caramelo y un aumento en la cantidad de sustancias colorantes, además de una reestructuración de los monosacáridos contenidos para dar lugar a la formación de disacáridos con una degradación parcial de la calidad de las moléculas.

– ETAPA B-5, INVERSIÓN DE LA SACAROSA: Este paso consiste en la transformación del disacárido en fructosa y glucosa. El primero constituye una molécula demasiado grande que puede ser origen de complicaciones en fases posteriores, por lo que conviene convertirla en osas monoméricas que serán más fácilmente tratables. Para ello se pueden emplear métodos enzimáticos (mediante sacarasas o invertasas) u otros que hagan uso de resinas catiónicas fuertes en forma protónica, como la QPI de Resindion Srl. Milano.

– ETAPA B-6, SEPARACIÓN CROMATOGRÁFICA DE SUSTANCIAS NO AZUCARADAS (DESMINERALIZACIÓN/DECOLORACIÓN): El jarabe procedente de la etapa anterior tiene un color pardo y una importante cantidad de compuestos que proporcionan turbidez, como polifenoles solubles (taninos) y otras impurezas coloidales. Aunque el autor del método reconoce el posible valor de estos compuestos en ciertas industrias, se acaba llegando a la conclusión de que en este proceso de obtención de pinitol pasan a ser subproductos de interés reducido y que dificultan el proceso, por lo que se prefieren eliminar para obtener un jarabe transparente e incoloro. Por esta razón, el jugo concentrado se hace circular por una columna de resinas catiónicas fuertes, basadas en poliestireno con una débil reticulación y cuyos grupos activos son sulfónicos cargados preferiblemente en forma catiónica divalente o monovalente (por ejemplo en forma sódica o potásica).
En este paso, la resina retendrá en un primer lugar a las moléculas pequeñas no ionizadas, como los azúcares o los ciclitoles, mientras que aquellas partículas cargadas (otros minerales, ácidos orgánicos, aminoácidos…) serán repelidos por interacciones electrostáticas. Además otras partículas cuyo tamaño sea mucho mayor no podrán entrar en la red por factores estéricos, con lo que las resinas funcionan además como un tamiz molecular. Tras el paso del jarabe, se ha de lavar la columna con agua pura, elemento que realiza la separación de forma efectiva: la primera parte del caudal eluye los compuestos rechazados que se pretenden eliminar, mientras que el caudal final es una fracción con un contenido mínimo en sales y rico en azúcares y compuestos asociados. El caudal intermedio entre ambas fracciones debe ser recirculado, pues la separación entre ellas no es clara y tendrá una composición intermedia reaprovechable.

– ETAPA B-6.2: De forma alternativa, la desmineralización y decoloración se puede llevar a cabo sobre el extracto de manera previa a la concentración multietapa (con una concentración de entre 20-30º Brix). En este caso se realizaría el proceso con un paso sucesivo por resinas catiónicas fuertes en forma protónica y tras esto, por resinas aniónicas fuertes en forma hidroxilo. Se recomienda el uso de resinas EXA-140, RPS, RAP3, PAP1, DCA y RAM 1, de la casa comercial Resindion Srl. Milano o similares, hasta llegar a valores d conductividad específica inferiores a 10 µ?, con mediciones de colorimetría inferiores a 25 icumsa, medidas a longitudes de onda de 420 nm.

– ETAPA 7, SEPARACIÓN CROMATOGRÁFICA DEL D-PINITOL: Para ello se opta por una separación cromatográfica en contínuo adopatando la técnica ISMB (Improved Simulated Moving Bed, desarrollado a partir de la década de los setenta por Mitsubishi-Kasey Corporation), empleando columnas de resinas fuertes, tanto ácidas como básicas, con el fin de obtener como una de las corrientes de salida, un flujo de pinitol altamente concentrado en agua, tras lo cual se podrá realizar una separación mediante una operación de concentración y adición de disolvente orgánico, con el que será más afín. Alternativamente, se podría realizar esta separación mediante técnicas de liofilización o atomización. La justificación al empleo en este paso (y los anteriores, como en la etapa B-6) de resinas de carácter fuerte reside en ventajas de aprovechamiento económico, mayor estabilidad y reversibilidad espontánea bajo condiciones adecuadas de las adsorciones.
Ejemplos de las resinas a usar en este paso, de manera no excluyente y para el tipo catiónico son las DIAION UBK530 en forma sódica y la UBK 5551 en forma cálcica de Resindion Srl Milano, pudiendo generar con ellas, en principio, columnas de distinto tamaño y trabajando a cualquier temperatura comprendida entre el punto de fusión y de ebullición del disolvente. Los autores recomiendan trabajar, sin embargo, a temperaturas del entorno de 60ºC para evitar cualquier tipo de contaminación microbiológica .De forma análoga a lo explicado en la ETAPA B-6, azúcares y ciclitoles quedan retenidos en las resinas y tendrán que ser eluidos mediante el paso de agua desionizada, que no sólo los extrae, sino que deja las resinas acondicionadas para un nuevo uso. Pero, ahora el objetivo no es separar osas y alcoholes de compuestos secundarios, sino realizar una separación entre ellos. Replicando las condiciones de operación, se trabajaría, por ejemplo con columnas de resinas UBK 530, con dimensiones de 100 cm de longitud por 2 cm de diámetro, pudiendo conocer así los tiempos de retención a los que se encuentran sometidos cada compuesto. Estos son de 9.9 minutos para el pinitol, 11.5 para la glucosa y 13.2 para la fructosa, valores que no difieren de manera sustancial entre sí como para obtener concentraciones puras de cada sustancia, es decir, se darán solapamientos en la elución extractiva final. Este problema, típico del empleo de columnas aisladas se solventa con el ya mencionado sistema ISMB, siendo una de sus características principales la capacidad de separación de mezclas entre cuyos componentes puedan existir solapes. Al igual que en la anterior etapa, sería necesario recircular una pequeña fracción intermedia del flujo de lavado saliente para asegurar rendimientos máximos. Con todo ello, se deberán obtener una fracción baja en azúcares, pero rica en pinitol y una corriente secundaria, con elevada concentración de monosacáridos y trazas de D-pinitol y otros compuestos.

El sistema ISMB exige que se instalen un conjunto de columnas en serie, lo que permite a su vez reducir el volumen de resina empleada, disminuyendo por tanto costes de inversión, dado su alto precio. En este caso se optó por una configuración de cuatro columnas unidas entre sí. Los parámetros de operación deben estar estudiados de antemano para poder asegurar el mantenimiento de un equilibrio dinámico de los fluidos que trasiegan la columna, y con ello, una distribución estacionaria del perfil de concentración de cada sustancia contenida en la muestra, asegurando así una separación con un alto grado de calidad. Esto se ve beneficiado por diámetros de columna estrecho.
Los detalles de funcionamiento de esta columna serían:
Resina: UBK 530
Volumen de resina: 4 mc (=m3)?Caudal alimentación: 0.016 L/h
W/F (ratio agua/alimentación, v/v): 6.430
P/R (ratio producto/producto refinado, v/v): 2
Tª de operación: 65 ºCMétodo 3 (basado en el trabajo de Tetik, 2006-2015)
DIAGRAMA opción #1 del papel
Para este caso, habiendo conseguido el extracto de la manera indicada, se observa nuevamente que, para conseguir el enriquecimiento y purificación de la mezcla en D-pinitol, es necesario llevar a cabo una serie de etapas que eliminen compuestos que puedan interactuar con éste y que se encuentren en concentraciones mucho mayores. Estas etapas son:
– ETAPA C-1, TRATAMIENTO ENZIMÁTICO (PEPTOL: De forma análoga a la explicada en el primero de los métodos, en éste se tiene la intención de retirar compuestos como los azúcares mediante una fermentación alcohólica. En este caso, de manera previa se propone realizar una operación de acondicionamiento que mejore los rendimientos de esta etapa microbiológica posterior. Para ello se introduce una mezcla de enzimas, más concretamente Pectinex Smash XXL y Pectinex Ultraclear, de la empresa danesa Novozymes A.S, a unas concentraciones de 50µL/L cada una, y dejándolas actuar durante 45 minutos a 50ºC. El objetivo de esto es la transformación de compuestos peptídicos en otros más fácilmente metabolizables por las levaduras durante la fermentación, es decir, favoreciendo su eliminación posterior.

– ETAPA C-2 AJUSTE DEL pH: Para garantizar que las levaduras se encuentren en condiciones óptimas para desarrollar su cometido, se decide ajustar el pH hasta niveles ligeramente ácidos (de 5.5, aproximadamente), mediante la adición de las sustancias ácido-base necesaria, en función del pH inicial que presente la mezcla.

– ETAPA C-3 INOCULACIÓN: Para poder llevar a cabo la fermentación, se introducen levaduras del tipo Saccharomyces Cerevisae en el biorreactor, en una tasa del 1% (v/v).

– ETAPA C-4 FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA: Basada, en líneas generales en otra experiencia CITATION Bia10 l 3082 (Bialka, 2010), pero introduciendo ciertas variaciones, como el no aporte de nutrientes, especialmente fuentes de sustrato nitrogenadas. La reacción se desarrolla durante 30 horas, a 30ºC y con una agitación de 150 rpm. El tiempo de finalización para la incubación se determina para el momento en el que hay organismos que empiezan a presentar dificultades para acceder a algunos azúcares como fuentes de carbono de alimentación, pasando a degradar los polioles, hecho que se quiere evitar para no comprometer la integridad del pinitol contenido en la mezcla.

– ETAPA C-5, CONCENTRACION: En este paso se ha de eliminar el exceso de disolvente mediante una evaporación. El equipo empleado para ello sería un Heidolph, HEI-VAP Value (Alemania), a unas condiciones de 40ºC, 200mbar y durante 20 minutos.

– ETAPA C-6 ULTRAFILTRACIÓN: El extracto tratado ha de ser sometido a un paso de dos ultrafiltraciones consecutivas para eliminar productos no deseados, como levaduras, proteínas residuales, etc. La primera UF será de un peso molecular de corte (MWCO) de 30 kDa, como acondicionamiento para la segunda UF, con un MWCO de 5 kDa, y evitar su obturación. Las condiciones del equipo (Sartorius Stedim, SartoconSlice 200, Goettingen, o similares) son de 2.5 bares para la presión de entrada y 0.5 bares para la presión de salida, a temperatura ambiental y con una tasa de permeado: rechazo de 0.8
– ETAPA C-7, CONCENTRACIÓN:Nuevamente se ha de realizar una concentración, en este caso hasta alcanzar valores de 50º Brix, como paso previo de acondicionamiento a una separación final.

– ETAPA C-8, DILUCIÓN: Tras haber retirado parte del disolvente, el cual se asume que era agua en mayor proporción, durante la etapa C-7, el extracto concentrado se ha de diluir con etanol (sin compuestos trazadores) al 96 % en una proporción de extracto:etanol 1:3 v/v.

– ETAPA C-9 EXTRACCIÓN LÍQUIDO-LÍQUIDO: Tras la adición del etanol, las dos fracciones de la nueva mezcla se han de poner en íntimo contacto para conseguir la transferencia de la sustancias a extraer. Para ello, se realiza una homogeneización por medio de un vórtex y se centrifuga durante 5 minutos a una velocidad de giro de 3000 rpm. Tras esto, nuevamente habrá que separar las dos fases líquidas, por ejemplo por decantación o evaporación fraccionada.

– ETAPA C-10 EVAPORACIÓN: Tras la etapa anterior, se tiene una corriente rica en pinitol. Cabe la posibilidad de emplearlo en disolución o eliminar de forma completa el disolvente para la obtención de la sustancia en forma cristalizada.

3.3.2. Desarrollo experimental del método escogido.
Explicar que el 2 no pq muy complejo muchas columnas..Métodos 1 y 3 etapas “similares”, fermentación, distintos parámetros misma finalidad, intercambiables
CAPÍTULO 4. resultados experimentales
4.1. resultados de la determinación de las condiciones de operación para la extracción.

4.2. resultados de la evolución composicional en función del grado de maduración de la algarroba.

4.3. resultados de la obtención del pinitol a partir de los extractos de azúcares.

CAPÍTULO 5. conclusiones
CAPÍTULO 6. bibliografía
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presupuesto

1. Necesidad del presupuesto
Uno de los objetivos del TFG es valorar económicamente el trabajo realizado, por ello es necesario realizar un presupuesto del mismo.

2. Contenido del presupuesto
El presupuesto a presentar debería contener al menos un listado de mediciones y presupuesto y un resumen del mismo por capítulos.

3. Formato y presentación del presupuesto
Si se emplean programas específicos de realización de presupuestos, el formato de salida del mismo podrá no ser exactamente el mismo que el que se propone en el presente documento en cuanto a encabezados, pie y estilo de texto utilizado. Es aconsejable que sea lo más parecido posible, dentro de las limitaciones de éste