Oferta tecnológica

Grupo de Procesos a Alta Presión – Universidad de Valladolid





OFERTA DE TRANSFERENCIA DEL CONOCIMIENTO

GRUPO Y UNIVERSIDAD: Grupo de Procesos a Alta Presión – Universidad de Valladolid
Científico responsable: Esther Alonso/Soraya Rodriguez
Nombre: Esther Alonso
Departamento/sección: Dpto de Ingeniería Química y Tecnología del Medio Ambiente
Facultad /Centro: Escuela de ingenierías industriales – Sede Dr. Mergelina
e-mail: ealonso@iq.uva.es
Teléfono: +34 983 42 31 75
Página web con información adicional: http://hpp.uva.es/

 

TÍTULO:

Extracción asistida por ultrasonidos y/o microondas
Descripción:(máximo 500 palabras)
(Breve descripción del conocimiento transferible, indicando aspectos innovadores, campos potenciales de aplicación y aquellos detalles que se consideren de mayor interés para las entidades destinatarias del conocimiento que se quiere transferir)
Durante la extracción de compuestos naturales es difícil alcanzar un equilibrio entre las condiciones de operación (temperatura, tiempo de extracción, ratio soluto/extracto) que permitan obtener altos valores de concentración y aquellas que aseguran la no degradación de los compuestos naturales que se desean extraer. Ademásla legislación existente regula de forma cada vez más restrictiva el tipo de disolvente que se pueden utilizar durante la extracción y su concentración en el producto final.
La extracción asistida con microondas (MAE) y la extracción asistida con ultrasonidos (UAE) permiten obtener mayores concentraciones de extractos trabajando en condiciones menos agresivas lo que minimiza la degradación de los productos naturales. Además reduce la cantidad de disolvente necesario y acorta los tiempos de extracción reduciendo los costes del proceso.
El grupo de Procesos a Alta Presión (HPPG) tiene una amplia experiencia en la obtención de productos y la intensificación de procesos utilizando estas dos técnicas. Desde 2006, se han publicado más de 26 referencias en revistas científicas de primer nivel y congresos especializados, además de cuatro tesis doctorales basadas directas o indirectamente en la aplicación de estas tecnologías.
La extracción asistida con microondas (MAE) y la extracción asistida con ultrasonidos (UAE) se ha utilizado, entre otros, en los siguientes procesos y productos:

  • Extracción de aceites esenciales (romero, té verde, lavanda)
  • Extracción de antioxidantes a partir de hollejo y semillas de uva
  • Extracción de antioxidantes a partir de subproductos de producción de aceite de oliva.
  • Extracción de fitocompuestos de Clinacanthusnutans Lindau
  • Obtención de 1-3 ,1-6 beta glucanos a partir  de hongos y levaduras
  • Obtención de 1-3 ,1-4 beta glucanos de cereales (cebada y avena)
  • Extracción de antioxidantes a partir de residuos de plantas.

¿Cómo funciona? / ¿En qué consiste?:(aproximadamente 500 palabras)
(Descripción detallada de los principios científico-técnicos, procesos, procedimientos, capacidades, recursos o conocimientos en los que se basa la oferta)
La extracción asistida se beneficia de otras tecnologías para aumentar el rendimiento y para reducir la degradación de los productos.
En la extracción asistida con microondas, la matriz de la que se desea obtener el extracto es sometida a un pretratamiento con microondas en presencia o no del solvente utilizado en la extracción. La microonda daña la pared de la estructura celular donde se encuentra el extracto facilitando la liberación del extracto y reduciendo la resistencia a la extracción debido a la transferencia de materia. Además, la microonda permite el calentamiento de forma controlada, homogénea e instantánea de la matriz facilitando la extracción y mejorando el rendimiento.
HPPG dispone de varios equipos de microondas para la extracción asistida:

  • Horno microondas de vaso abierto para operación en discontinuo
  • Horno microondas de vaso cerrado (3 MPa, 300ºC) para operación en discontinuo
  • Horno microondas para operación tanto en continuo como discontinuo con hasta 3 kW de potencia, capaz de trabajar en alta presión y temperatura y una capacidad de hasta 60l/h con una alta concentración de solidos (hasta 50%).

En el caso de la extracción asistida mediante ultrasonidos, la energía generada por los ultrasonidos provoca la rotura de la pared celular debido a los fenómenos de cavitación aumentando la superficie disponible para la transferencia e incrementando homogéneamente la temperatura de la matriz sólida. Además supone una mejora de los procesos de mezclado mejorando considerablemente la transferencia de materia. El grupo de procesos a Alta Presión dispone de los siguientes equipos:

  • Un ultrasonidos a escala industrial con 1000 W de potencia, capaz de trabajar con presiones de hasta 10 bar, 80 ºC de temperatura, flujos de hasta 10 l/min y fluidos con viscosidades de hasta 100000 cp.
  • Ultrasonidos de escala laboratorio para operación discontinua con una potencia de 400 W.

Ventajas:(máximo 300 palabras)
La utilización de la extracción asistida por microondas (MAE) o de la extracción asistida por ultrasonidos (UAE) presenta varias ventajas en comparación con los métodos de extracción tradicionales:

  • Reducción del tiempo de extracción
  • Reducción de la cantidad de disolvente necesario por gramo de matriz solida
  • Minimización de la cantidad de disolvente presente en el extracto (eliminación o minimización de las etapas de purificación posteriores)
  • Aumento de la eficiencia del proceso de extracción (obtención de más extracto por gramo de matriz solida)
  • Reducción de la degradación del extracto y la matriz.

¿Dónde se ha desarrollado?:(máximo 200 palabras)
(Breve descripción del grupo de investigación)

El grupo de investigación de Procesos a Alta Presión fue fundado en 1998 y hoy en día se ha convertido en un grupo de referencia internacional en el campo de procesamiento de fluidos bajo presión. Es  Grupo de Investigación de Excelencia  por la Junta de Castilla y León (España). Sus líneas de investigación se centran en el desarrollo de productos y procesos sostenibles, teniendo en cuenta el uso de materiales renovables, procesos limpios, la utilización y la producción de energía eficiente y la creación de productos con posibles aplicaciones de mercado a corto y medio plazo. Su capacidad investigadora ha sido desarrollada en base al uso de fluidos supercríticos y presurizados tales como CO2 y agua en lugar de disolventes y medios de reacción habituales.

El grupo está actualmente trabajando en la mejora de los procesos de extracción convencionales, el uso de las nuevas tecnologías de intensificación tales como microondas o ultrasonido, para reducir el tiempo de operación y mejorar la eficiencia energética y la calidad del producto. También lleva a cabo simulaciones de procesos físicos y químicos con el fin de entender y diseñar de manera más eficaz. Para ello, se utilizan nuestras propias herramientas de programación, así como simuladores comerciales (tales como Aspen Plus y HYSYS) y paquetes de dinámica de fluidos (COMSOL y FLUENT).

El grupo de investigación de Procesos a Alta Presión (High PressureProcessesGroup) ha colaborado con numerosas empresas entre las que se encuentra: REPSOL, CEPSA, BEFESA Water, Matarromera, Biofactory, Naturae et Salus, PROSOL Coffee, UBE Europe, Maxan, Trefinos, ARAFARMA, AB-Biotics, INVISTA (UK), etc.

Y además:(máximo 100 palabras)
(Otras capacidades del grupo de investigación, equipamiento destacable)

Además de procesos de extracción asistida el grupo de investigación de Procesos a Alta Presión ha desarrollado e investiga otras técnicas y tecnologías que pueden complementar a la MAE y UAE.

  • Extracción de compuestos de alto valor añadido mediante el uso de fluidos supercríticos.
  • Formulación y obtención de micro y nanoparticulasy micro y nanoencapsuladosmediante el uso de fluidos supercríticos.
  • Formulación de micropartículas mediante tecnología de secado en spray.
  • Hidrolisis y caracterización de biomasa para el aprovechamiento energético.
  • Caracterización y estudio de sistemas en equilibrio y cinéticas de reacción a alta presión y temperatura.

 

 

 

 


Knowledge Transfer Offer

GROUP/UNIVERSITY: High Pressure Processes Group – University of Valladolid
Contact Person: Esther Alonso /Soraya Rodríguez
Name:
Department/Section: Department of Chemical Engineering and Environmental Tecnology
School/Center: Escuela de IngenieriasIndustriales (DrMergelina Center)

e-mail: ealonso@iq.uva.es
Phone: +34 983 42 31 75
Web: http://hpp.uva.es/

 

TITLE: Microwave and ultrasound assisted extraction
(Descriptive, brief and without technical terms. It should invite you to continue reading)

Description: (500 words approximately)
(Brief description of the transferable knowledge, indicating innovative aspects, potential scopes and any detail thatcould be considered of interest to the target entities)

During the extraction of natural compounds it is difficult to achieve a balance between the operating conditions (temperature, extraction time, solute ratio / extract) to obtain high concentration values ​​and those that ensure the non-degradation of the natural compounds to be extracted. In addition, existing legislation increasingly regulates the type of compounds that can be used during extraction and their concentration in the final product.

The assisted microwave extraction (MAE) and ultrasonic assisted extraction (UAE) allow to obtain higher concentrations of extracts working in less aggressive conditions which minimizes the degradation of the natural products. It also reduces the amount of solvent needed and shortens the extraction times reducing process costs.

The High Pressure Processes group has extensive experience in obtaining products and intensifying processes using these two techniques. Since 2006, more than 26 references have been published in top scientific journals and specialized congresses, as well as four doctoral theses based directly or indirectly on the application of these technologies.

Assisted microwave extraction (MAE) and ultrasonic assisted extraction (UAE) have been used, inter alia, in the following processes and products:

  • Extraction of essential oils (rosemary, green tea, lavender,
  • Extraction of antioxidants from skins and grape seeds
  • Extraction of antioxidants from olive oil subproducts.
  • Extraction of phytocomposites from Clinacanthusnutans Lindau
  • Obtaining of  beta-glucans from fungi
  • Obtaining beta glucans from cereals.
  • Extraction of antioxidants from plants waste

 

How does it work? /What is it about?:(500 word approximately)
(Detailed description of the scientific-technical principles, processes, procedures, capabilities, resources or knowledgeon which the offeris based)

Assisted extraction benefits from other technologies to increase yield and reduce degradation of products.

In assisted microwave extraction, the matrix from which the desired extract is foundis subjected to a microwave pretreatment in the presence, or absence, of the solvent used in the extraction. The microwave damages the wall of the cell structure where the extract is confined, facilitating the release of the extract and reducing the resistance to extraction due to the transfer of matter phenomena. In addition, the microwave allows a controlled, homogenous and instantaneous heating of the matrix facilitating the extraction and improving the performance.

HPPG has several microwave equipment for assisted extraction:

  • Open-vessel microwave for discontinuous operation especially suitable the realization of the preliminary analyzes.
  • Closed-vessel microwave (3 MPa, 300ºC) for discontinuous operation
  • Microwave oven for both continuous and discontinuous operation with up to 3 kW of power, capable of working at high pressure and temperature and a capacity of up to 60 L/h with a high concentration of solids (up to 50%).

 

In the case of ultrasonic assisted extraction, the energy generated by the ultrasound causes the rupture of the cell wall due to cavitation phenomena increasing the surface available for transfer and homogeneously increasing the temperature of the solid matrix. Ultrasounds also improve mixing diminishing mass transfer limitations. The High Pressure process group has the following equipment:

  • An industrial scale ultrasound with 1000 W of power, able to work with pressures up to 10 bar, 80 ºC temperature, flows up to 10 L/min and fluids with viscosities up to 100000 cp.
  • Two laboratory scale ultrasounds for discontinuous operation with a power of 400 W.

 

Advantages:(300 words maximum)
(Advantages and benefits for an entitythat would integratethe knowledge)

The use of microwave assisted extraction (MAE) or ultrasonic assisted extraction (UAE) has several advantages compared to traditional extraction methods:

  • Reduction of extraction time
  • Reduction of the amount of solvent required per gram of solid matrix
  • Minimizing the amount of solvent present in the extract (elimination or minimization of subsequent purification steps)
  • Increase the efficiency of the extraction process (obtaining more extract per gram of solid matrix)
  • Reduction of degradation of extract and matrix.

Where has it been developed?: (200 words approximately)
(Brief description of the research group)

The research group of High Pressure Processeswas founded in 1998 at University of Valladolid and today it has become an international reference group in the field of fluid processing under pressure. It is Group of Excellence by the Junta de Castilla y León (Spain). Its lines of research focus on the development of sustainable products and processes, taking into account the use of renewable materials, clean processes, the use and production of energy efficient and the creation of products with possible short and medium market applications term. Its research and innovation capacity has been developed based on the use of supercritical and pressurized fluids such as CO2 and water instead of conventional solvents and reactions.

The group is currently working on improving conventional extraction processes, using new intensification technologies such as microwaves or ultrasound, to reduce operating time and improve energy efficiency and product quality. It also carries out physical and chemical process simulations in order to understand and design more effectively. To do this, we use our own programming tools, as well as commercial simulators (such as Aspen Plus and HYSYS) and fluid dynamics packages (COMSOL and FLUENT).

The High Pressure Processes Group has collaborated with numerous companies including REPSOL, CEPSA, BEFESA Water, Matarromera, Biofactory, NaturaeetSalus, PROSOL Coffee, UBE Europe, Maxan, Trefinos, ARAFARMA, AB-Biotics, INVISTA (UK), etc.

And also: (100 words maximum)
(Other capacities of the research group, Equipment)
In addition to assisted extraction processes the High Pressure Processes research group has developed and investigates other techniques and technologies that can complement the MAE and UAE.

  • Extraction of compounds of high added value through the use of supercritical fluids.
  • Formulation and obtaining of micro and nanoparticles or micro and nanoencapsulated through the use of supercritical fluids.
  • Formulation and obtaining of microparticles by spray drying.
  • Hydrolysis and characterization of biomass for energy use.
  • Characterization and study of equilibrium systems and reaction kinetics at high pressure and temperature.