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UN PERFUME CASERO. DESTILACIÓN POR ARRASTRE DE
VAPOR Y FORMULACION DE UN PERFUME
OBJETIVOS
Armar un equipo de destilación por arrastre de vapor.
Destilar, aislar y purificar un aceite esencial.
Calcular el porcentaje de recuperación del aceite esencial y compararlo
contra los valores reportados en literatura para la planta seleccionada.
Formular un perfume casero, hacer la mezcla y embotellarlo.
EQUIPO
Embudo
separador
Equipo de
destilación
Erlenmeyer® 250
mL y 125 mL
Evaporador
rotatorio
Termómetro Prensas Frasco ámbar Baño de hielo
Mechero Bünsen Anillo Cedazo Pie de apoyo
Balón de 100 mL Vial de 1 mL Micropipetas Balón 500 mL
REACTIVOS
Aceite de pino Aceite de rosas Aceite de canela Aceite de lila
Aceite de rosa Aceite de vainilla Aceite de clavo
de olor
Aceite de cedro
Éter etílico Alcohol 95% Agua destilada Glicerina
Benzofenona-2 Cáscaras limón Clavo de olor Canela
MARCO TEÓRICO
Los aceites esenciales son líquidos concentrados de compuestos
químicos hidrofóbicos volátiles que provienen de las plantas. Estos
aceites esenciales tiene aromas bastante penetrantes y distintivos y
es la misma razón por la cual se les llama “esenciales” ya que se
refería a ellos como que eran “la esencia del aroma de la planta”.
Los aceites esenciales son muy volátiles y a diferencia de los aceites
grasos, estos pueden evaporarse con facilidad a temperatura
ambiente. Una vez que los aceites esenciales son aislados pueden
ser usados como aroma en cosméticos, perfumes, jabones,
productos de limpieza, incienso, desodorantes ambientales y
productos para aromatización ambiental.
Las técnicas para extraer aceites esenciales involucran destilación
por arrastre de vapor, hidrodestilación, destilación al vacío,
prensado y extracción con solventes. Las técnicas de destilación
presentan la desventaja que algunos aceites esenciales son
sensibles al calor y por tanto se descomponen al momento de
destilarlos por lo que otras técnicas como prensado o extracción
con solventes son preferidas para aceites más delicados como
aquellos presentes en las flores reservando la destilación para los
aceites presentes en cáscaras, cortezas, hojas o raíces.
Los Aceites Esenciales En Perfumería
Los aceites esenciales son conocidos desde hace 6,000 años
cuando las civilizaciones del Nilo (los egipcios), del Tigris y Eúfrates
(Mesopotamia) y del valle Hwang Ho se consolidaron en la historia
de la humanidad. En cada una de estas civilizaciones el
conocimiento del vidrio, alcoholes y compuestos con aroma fueron
desarrollados con éxito dado paso al desarrollo de las fragancias y
perfumes. Para estos perfumes es que los aceites esenciales juegan
un rol preponderante y decisivo.
Esencias de diferentes fuentes han sido usadas como ingrediente
aromático en los perfumes de antaño. Lavanda, mirra, azafrán,
pino, canela, cedro y rosa fueron plantas de donde se extraían
esencias que a los griegos les atraían. Para conseguir estas esencias
los comerciantes emprendían grandes viajes al Mediterráneo y
Medio Oriente en busca de las preciadas esencias costumbre que
traspasó a los romanos que cuando al conquistar Europa y parte de
Medio Oriente tuvieron acceso a un vasto portafolio de esencias y
aromas potenciando aún más las técnicas de aislamiento de los
ingredientes y sus formulaciones. Para el siglo XVIII la perfumería se
había convertido en una disciplina de renombre y categoría y en las
casas aristócratas de París y Londres los aromas inundaban los
salones de baile, salas y alcobas.
En el siglo XIX la química tomó un lugar preponderante en las
ciencias naturales. La síntesis de compuestos orgánicos en la
segunda mitad del siglo XIX produjo coumarina, vainillina,
heliotropina, ácido cinámico, benzaldehído y ácido salicílico, todos
estos completamente sintéticos. La determinación de la estructura
del alfa-pineno, d-limoneno, terpineol y citronelal dieron más
potencia a la industria de la perfumería.
Para la primera mitad del siglo XX, varios premios nóbel en química
fueron entregados a científicos que estaban relacionados con la
química de los aromas y esencias al tiempo que la tecnología y
nuevos métodos para la identificación de sustancias cementó la
disciplina y una industria millonaria se consolidó con la era de la
moda y el fashion.
Así, las fuentes naturales de esencias y aromas siempre serán
valoradas y altamente apreciadas y la industria farmacéutica y de
perfumería siempre ha usado a la naturaleza como guía e
inspiración.
Los Terpenos
Los aceites esenciales típicamente son una mezcla de varias
sustancias las cuales pertenecen a la familia de los terpenos. Los
terpenos son parte de la familia de los lípidos y se caracterizan por
tener una estructura característica que se repite dos o más veces
llamada isopreno. En la naturaleza los terpenos se biosintetizan a
partir del isopentenil difosfato el cual introduce la unidad de
isopreno mencionada.
Los terpenos se clasifican de acuerdo al número de los múltiplos de
cinco carbonos que contienen. Los monoterpenos contienen 10
carbonos (2 unidades de isopreno), los sesquiterpenos contienen 15
carbonos (3 unidades de isopreno), los diterpenos que contienen 20
carbonos (4 unidades de isopreno) y así sucesivamente donde
podríamos incluir a los triterpenos (30 carbonos) y tetraterpenos (40
carbonos).
Isopreno
(2-metil-1,3-butadieno)
Isopentenil difosfato
d-limoneno
Monoterpeno ingrediente mayoritario en aceite
esencial de cáscara de limón (≈70%)
geraniol
Monoterpeno ingrediente mayoritario en aceite
esencial de rosa y citronela
geraniol
Monoterpeno ingrediente mayoritario en aceite
esencial de rosa y citronela
En lo concerniente a la industria de la perfumería hay 5 terpenos
clave: geraniol/nerol, linalool, citronelol, citronelal y citral. De estos,
todos a excepción del citral son usados como perfumes
directamente, tal cual y sus alcoholes y ésteres son particularmente
importantes. Todos son terpenos clave para la síntesis de otros
terpenos por medio de reacciones sencillas por lo que aislar uno o
varios de estos terpenos dan acceso a otras materias primas de
importancia.
Betacaroteno
Tetraterpeno presente en la zanahoria
Hopano
Triterpeno
Para hacer un buen perfume es necesario considerar varios pivotes
de importancia para obtener el mejor producto posible dentro de
las posibilidades y recursos. Los ocho pivotes de decisión son:
Seguros para la piel
Seguros para el ambiente
Aroma agradable
Costo
Estabilidad química
Desempeño
Propiedades físicas
Valor agregado
Una vez considerados los aspectos a tomar en cuenta para
elaborar un perfume, se selecciona del portafolio de compuestos
disponibles aquellos que cumplan con los requisitos seleccionados.
Destilación por Arrastre de Vapor
Los aceites esenciales son sustancias no polares y por tanto son
hidrofóbicos por lo que su solubilidad en agua es muy baja, sin
embargo, presentan una marcada volatilidad la cual puede ser
aprovechada por medio de la técnica de arrastre con vapor.
En esta técnica, vapor es burbujeado desde una fuente de vapor a
un recipiente que contiene el material vegetal de donde se quiere
aislar el aceite esencial. El aceite y el vapor de agua codestilan
para luego ser condensados formando dos líquidos separados por
su diferencia de densidades: el agua se deposita abajo y el aceite
esencial arriba sobre el agua.
Cuando dos líquidos miscibles A y B se mezclan, la composición del
vapor sigue la ley de Raoult tal y como se analizó en el caso de la
destilación simple. Siendo 𝑃𝑇 la presión total de los vapores de A y B,
𝑃𝐴0 y 𝑃𝐵
0 las presiones de vapor de los líquidos A y B en estado puro y
𝑋𝐴 y 𝑋𝐵 las fracciones molares de las sustancias EN EL LÍQUIDO.
𝑃𝑇 = 𝑃𝐴0𝑋𝐴 + 𝑃𝐵
0𝑋𝐵
Sin embargo, para el caso de dos líquidos inmiscibles, la presión de
vapor de la mezcla es ligeramente diferente y sigue la Ley de
Dalton para presiones parciales.
𝑃𝑇 = 𝑃𝐴 + 𝑃𝐵
Siendo 𝑃𝐴 y 𝑃𝐵 las presiones parciales del vapor de las sustancias A y
B respectivamente. Cada líquido ejerce la presión de vapor como si
el otro líquido no estuviera presente. Así entonces, la mezcla ebullirá
cuando la presión total sea igual a la presión atmosférica,
suponiendo que estamos cómodamente haciendo química en la
playa, la ebullición será a los 760 mm Hg de presión (1 atm), por
tanto, la suma de ambas presiones parciales de A y B deben sumar
760 mm Hg para que la mezcla empiece a ebullir.
760 𝑚𝑚 𝐻𝑔 = 𝑃𝐴 + 𝑃𝐵
La consecuencia directa de este comportamiento es que la mezcla
ebulle a una temperatura menor que la temperatura de ebullición
de las sustancias A y B por separado. ¿Por qué esto es ventajoso?
Porque si acaso tenemos una sustancia A que tenga un punto de
ebullición muy alto o bien es una sustancia delicada que puede
descomponerse con temperaturas altas, la destilación por arrastre
de vapor puede ser una forma de separar la sustancia si afectar su
integridad. Veamos esto con ejemplos.
Tabla 1. Presión de vapor de agua pura y tolueno puro a diferentes
temperaturas.
T (°C) 𝑷. 𝑽𝒂𝒑𝒐𝒓𝑨𝒈𝒖𝒂 (mm Hg) 𝑷. 𝑽𝒂𝒑𝒐𝒓𝑻𝒐𝒍𝒖𝒆𝒏𝒐 (mm Hg)
30 32 37
40 55 59
60 150 139
80 359 291
90 526 407
100 760 556
En San José de Costa Rica, la presión atmosférica ronda los 650 mm
Hg. Aplicando la Ley de Dalton de presiones parciales, la presión de
vapor de la mezcla inmiscible agua-tolueno vendría dado por la
ecuación siguiente
𝑃𝑇 = 𝑃𝐴𝑔𝑢𝑎 + 𝑃𝑇𝑜𝑙𝑢𝑒𝑛𝑜
A medida que se aumenta la temperatura, las presiones de vapor
de ambos líquidos también irán aumentando y al momento que la
presión de vapor de la mezcla se iguale con la presión atmosférica
los líquidos empezarán a ebullir. Por ejemplo, en San José, Costa
Rica, la temperatura a la que la mezcla ebulliría sería aquella en
que la suma de ambas presiones de vapor sea 650 mm Hg. De la
tabla vemos que eso sería aproximadamente cuando la
temperatura del sistema esté en 80 °C.
𝑃𝑇80 °𝐶 = 359 𝑚𝑚 𝐻𝑔(𝑎𝑔𝑢𝑎) + 291 𝑚𝑚 𝐻𝑔(𝑡𝑜𝑙𝑢𝑒𝑛𝑜) = 650 𝑚𝑚 𝐻𝑔
80 °C es una temperatura de ebullición menor a la temperatura de
ebullición del tolueno puro (110 °C) y del agua pura (100 °C).
Usando la ley de Dalton podemos incluso predecir cuanta masa de
agua (𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎 ) con masa molar (𝑀𝑀𝑎𝑔𝑢𝑎 ) se necesita evaporar y
destilar para arrastrar una cierta masa (𝑚𝐵) de la sustancia B con
masa molar (𝑀𝑀𝐵).
𝑃𝑎𝑔𝑢𝑎
𝑃𝐵=
𝑛𝑎𝑔𝑢𝑎
𝑛𝐵=
𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎𝑀𝑀𝑎𝑔𝑢𝑎
⁄
𝑚𝐵𝑀𝑀𝐵
⁄
Reordenando los términos resolviendo para 𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎 tenemos:
𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎 =𝑚𝐵𝑃𝑎𝑔𝑢𝑎𝑀𝑀𝑎𝑔𝑢𝑎
𝑀𝑀𝐵𝑃𝐵
¡Usemos esta fórmula! ¿Cuántos gramos de agua se deben
codestilar para obtener 2,0 g de 𝛼-pineno en una mezcla que ebulle
a 98 °C a nivel del mar?
La presión de vapor del agua a 96 °C a nivel del mar es de 708 mm
Hg. Para saber la presión de vapor del 𝛼-pineno con una resta se
obtiene rápidamente
𝑃𝛼−pineno = 760 𝑚𝑚 𝐻𝑔 − 708 𝑚𝑚 𝐻𝑔 = 52 𝑚𝑚 𝐻𝑔
Sustituyendo
𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎 = (2,0 𝑔)(708 𝑚𝑚 𝐻𝑔)(18
𝑔𝑚𝑜𝑙
)
(136,2𝑔
𝑚𝑜𝑙)(52 𝑚𝑚 𝐻𝑔)
= 3,60 𝑔 𝐴𝑔𝑢𝑎
Pues se necesita codestilar 3,60 g de agua para extraer 2,0 g de 𝛼-
pineno. Si, la fisicoquímica puede resultar útil en ciertos momentos.
¿Cómo se destila por arrastre de vapor?
Destilación Con Vapor Directo. En la figura 1 se ve un dibujo de un
equipo de destilación por arrastre de vapor con vapor directo. El
vapor se genera en un frasco aparte desde donde se dirige el vapor
por medio de mangueras al balón o recipiente que contiene agua
y el líquido inmiscible, en nuestro caso, las hojas, cáscaras, flores o
cortezas de la planta de donde se quiere aislar el aceite esencial. El
vapor fluye al balón número 2 y el vapor que se genera es dirigido a
1
2
Baño de hielo
Termómetro
Condensador
Trampa
Tubo de alivio
un condensador en el cual se condensan los vapores a líquido el
cual gotea a un Erlenmeyer® colocado en la espiga de salida del
condensador el cual está estratégicamente sumergido en un baño
de hielo para reducir la volatilidad del aceite.
Figura 1. Equipo de destilación por arrastre de vapor
La condensación de los vapores debe ser efectiva por lo que el
agua que fluye por el condensador debe estar fría y fluir a una
velocidad mayor que en destilaciones simples. Ojalá poder usar una
bomba que recircule agua de hielo. Mantener la trampa cerrada
durante la destilación y abrirla cuando se quiera detener el proceso.
Hidrodestilación. En esta técnica se coloca agua y el material
orgánico a destilar en un mismo balón y se coloca la fuente de
calor directamente a este balón dejando que el agua ebulla y
codestile con el aceite. El equipo se ve como un equipo de
destilación convencional como se ve en la figura 2. Este método
sirve para aquellos aceites esenciales que no sean sensibles al calor
y no se descompongan con este.
PROCEDIMIENTO
Destilación por Arrastre de Vapor
1. Recolectar entre 200 g y 300 g de cáscaras de naranja, clavo
de olor, lavanda, eucalipto, canela o zacate de limón.
2. Medir la masa exacta y luego proceder a moler o licuar
finamente el material proveniente de la planta usando agua
en pocas cantidades. Procurar que quede una pasta fluida
muy fina.
3. Colocar el material en un balón de 500 mL agregar agua de
ser necesario para cubrir todo el material. Colocar un par de
núcleos de ebullición.
4. Acoplar el balón a un equipo de hidrodestilación.
5. Abrir la llave del agua para que llene el condensador y dejar
correr el flujo de agua.
6. Colocar al final del condensador un Erlenmeyer®
descansando en un baño de hielo.
7. Encender el mechero y dejar que el agua dentro del balón
llegue a hervir.
8. Destilar por espacio de 1 h o 1.5 h o hasta que ya no destile
más aceite.
Figura 2. Equipo de hidrodestilación
9. Separar las capas aceitosas y acuosas.
10. Agregarle a la capa aceitosa una cantidad de sulfato de
sodio anhidro para secarla.
11. Filtrar el aceite y recolectarlo en un vial prepesado.
12. Calcular la masa y el porcentaje recuperación.
Preparando Perfumes
Baño de hielo
Termómetro
Condensador
1. Tomar 5 Erlenmeyer® de 125 mL, y hacer 5 mezclas usando las
esencias seleccionadas contando las gotas que se agregan
de cada una de ellas. Diluir cada mezcla con 25 mL de
alcohol etílico y 5 mL de agua destilada, aplicar un poco en la
piel y en un papel de filtro y apreciar el aroma. Marcar cada
mezcla indicando aceites usados y cantidad de gotas
agregado de cada uno de ellos.
2. Una vez seleccionado el aroma a gusto, en un Erlenmeyer® de
250 mL hacer 12 g de la mezcla aromática seleccionada.
3. Agregar 78 g de alcohol etílico, 8,5 g de agua destilada, 1 g
de glicerina y 0,50 g de benzofenona-2 o de vitamina E
(tocoferol).
4. Agitar con fuerza y dejar madurar a temperatura ambiente por
10 días.
5. Al término del tiempo de maduración, bajar la temperatura a
1 °C por 3 horas, si se forma un sólido, efectuar filtración por
gravedad usando papel de filtro y un embudo.
6. Colocar el perfume en una botella ámbar.
TRABAJO POSTERIOR
Calcular el porcentaje de extracción del aceite esencial de la
planta y comparar contra el valor reportado en la literatura. Explicar
las diferencias apoyando su argumento con literatura y referencias.