Actualmente, la extracción de extractos naturales de plantas emplea diversos métodos, cada uno adaptado a necesidades específicas y con distintas ventajas. Las técnicas más comunes incluyen la extracción por solventes, la extracción ultrasónica, la extracción por microondas y la extracción enzimática. Mientras tanto, métodos avanzados como la extracción con fluidos supercríticos y la extracción asistida por microondas se adoptan cada vez más debido a su eficiencia, escalabilidad y beneficios ambientales. Estas técnicas permiten el aislamiento de compuestos bioactivos como flavonoides, aceites esenciales y antioxidantes, ampliamente utilizados en industrias como la farmacéutica, la cosmética y la producción de alimentos.
Método de extracción por solventes
La extracción por solventes es una técnica fundamental que utiliza solventes para disolver y extraer ingredientes activos de materiales vegetales sólidos. El solvente debe ser compatible con los compuestos objetivo, es decir, debe ser miscible con el soluto para garantizar una extracción efectiva. Los solventes más comunes incluyen agua para compuestos polares como azúcares y aminoácidos, etanol para polifenoles y flavonoides, y metanol o acetona para una gama más amplia de fitoquímicos. El proceso comienza triturando el material vegetal para aumentar su superficie, colocándolo en un recipiente adecuado y agregando varias veces su volumen en solvente. La extracción puede realizarse mediante varios métodos: inmersión (remojo del material), percolación (paso de solvente a través del material), decocción (ebullición), reflujo (reciclaje del solvente por condensación) o extracción continua (con equipo especializado). Por ejemplo, el extracto de salvia de Bako y muchos aceites esenciales se producen mediante extracción por solventes, lo que demuestra su versatilidad en diferentes tipos de plantas.
Varios factores influyen en la eficiencia de la extracción con solventes. La concentración de solvente afecta la disolución de los compuestos objetivo, mientras que la relación sólido-líquido determina el grado de contacto entre el material vegetal y el solvente: una cantidad insuficiente de solvente puede dejar compuestos sin extraer, y una cantidad excesiva puede diluir el rendimiento. La temperatura de extracción mejora la solubilidad, pero conlleva el riesgo de degradar las sustancias sensibles al calor, por lo que el tiempo de extracción debe ser equilibrado para maximizar el rendimiento sin prolongarlo excesivamente. Un estudio de Cristina Juan et al. demostró esto mediante la extracción de ocratoxina A (OTA) del arroz, optimizando las condiciones para lograr un contenido máximo de OTA de 4,17 ng/g, verificado mediante detección de fluorescencia y cromatografía líquida. De manera similar, Monte D. Holt et al. extrajeron alquilresorcinoles de trigo crudo y cocido, y descubrieron que la extracción con solventes redujo el tiempo de procesamiento en comparación con métodos alternativos, lo que destaca sus ventajas prácticas.
Método de extracción ultrasónica
La extracción ultrasónica utiliza ondas sonoras de alta frecuencia para acelerar la liberación de compuestos de las células vegetales a un disolvente. El proceso se basa en la cavitación, donde las ondas ultrasónicas crean burbujas que colapsan, produciendo microchorros que rompen las paredes celulares. Esto mejora la difusión y preserva la estructura y la bioactividad de compuestos delicados como vitaminas y enzimas. Este método de baja temperatura es ideal para sustancias sensibles al calor y ha cobrado impulso en los últimos años como un proceso físico altamente eficiente, que a menudo supera a la extracción tradicional con disolventes al reducir el tiempo y el uso de disolventes, a la vez que aumenta el rendimiento.
Las variables clave en la extracción ultrasónica incluyen el tipo y la concentración del disolvente, la relación sólido-líquido, la temperatura y la duración. Ling Zhou et al. exploraron esto con Schisandra chinensis y descubrieron que las temperaturas más altas y la potencia ultrasónica aumentaron las tasas de extracción debido a una mejor penetración del disolvente. Hong Van Le et al. compararon la extracción ultrasónica y enzimática para la vitamina E y los compuestos fenólicos de las cerezas, observando que la extracción ultrasónica fue seis veces más rápida y produjo de 2 a 3 veces más extracto, gracias a su disrupción mecánica. Zhong Aiguo et al. extrajeron clorofila de hojas frescas de bambú, logrando mayores rendimientos a temperatura ambiente en comparación con los métodos con disolventes orgánicos, ahorrando energía y manteniendo la estabilidad del compuesto, cuantificada mediante espectrofotometría.
Extracción con fluidos supercríticos (SFE)
La extracción con fluidos supercríticos (SFE) es una técnica innovadora que generalmente utiliza dióxido de carbono (CO₂) como extractante. El CO₂ se vuelve supercrítico por encima de su punto crítico (31,1 °C y 73,8 bar), combinando una difusión similar a la del gas con un poder de solvatación similar al del líquido. Esto permite una extracción precisa mediante el ajuste de la temperatura y la presión, tras lo cual la despresurización separa el extracto, sin dejar residuos de disolvente. La baja temperatura de funcionamiento de la SFE preserva los compuestos sensibles al calor, y su naturaleza ecológica (utilizando CO₂ no tóxico) la convierte en una opción ecológica para aplicaciones alimentarias, farmacéuticas y cosméticas.
Desde mediados de la década de 1980, la extracción con CO₂ supercrítico ha avanzado en la extracción de compuestos vegetales. Ruey Chi Hsu et al. extrajeron los ingredientes activos del Ganoderma (hongo reishi) utilizando CO₂ y etanol, garantizando así la fluidez sin degradación por la temperatura. Monica Waldebäck et al. optimizaron la extracción de escualeno y α-tocoferol de aceitunas a 190 °C durante 10 minutos con etanol, demostrando la precisión de SFE. Yi Qiang Ge et al. extrajeron vitamina E natural del germen de trigo, logrando rendimientos máximos con un tamaño de partícula de 30 mesh, una presión de 4000-5000 psi, una temperatura de 40-50 °C y un flujo de CO₂ de 2,0 mL/min, lo que destaca la importancia del pretratamiento y las condiciones.
Extracción asistida por microondas (MAE)
La extracción asistida por microondas (MAE) utiliza energía de microondas para calentar las células vegetales internamente, rompiéndolas mediante estrés térmico para liberar compuestos en un disolvente. Las microondas actúan sobre moléculas polares como el agua, calentando el material vegetal más rápido que el disolvente circundante, lo que mejora la velocidad y la eficiencia de la extracción. Este método reduce el tiempo de extracción de horas a minutos, conserva el disolvente y minimiza la degradación de compuestos valiosos, lo que lo hace ideal para polifenoles y aceites esenciales.
La MAE requiere disolventes polares (p. ej., agua, etanol, metanol) que absorban las microondas y materiales vegetales con suficiente humedad. Ting Zhou et al. extrajeron flavonoides y cumarinas de plantas medicinales, logrando una tasa de extracción de 98,71 TP₃T en condiciones optimizadas mediante experimentos ortogonales. Li Haibin et al. extrajeron mogrósidos de fruto del monje seco, alcanzando un rendimiento de 70,51 TP₃T (451 TP₃T mayor que la extracción con agua) con una reducción de tiempo de 501 TP₃T, lo que demuestra la superioridad de la MAE para aplicaciones específicas.
Método de extracción sinérgica por microondas y ultrasonidos
La combinación de tecnologías de microondas y ultrasonidos crea un método de extracción sinérgico. Las microondas proporcionan un calentamiento rápido, pero su penetración es limitada, mientras que las ondas ultrasónicas ofrecen disrupción mecánica mediante cavitación con un calor mínimo. Juntas, mejoran la ruptura celular y la liberación de compuestos, mejorando la eficiencia y reduciendo el consumo de energía. HeJT et al. extrajeron componentes hidrosolubles de la medicina tradicional china, mientras que Luo Feng et al. se centraron en los flavonoides del regaliz. Ma Lihua et al. superaron la destilación tradicional para los carotenoides de bardana, y Bai Hongjin et al. analizaron los efectos antioxidantes de los extractos de aloe vera en los aceites, confirmando la amplia aplicabilidad del método.