Simulación de una planta de extracción supercrítica con CO₂ + cosolvente desde suspensiones de trébol rosado

Abstract

Actualmente, el incremento de enfermedades relacionadas con estilos de vida sedentarios y el aumento de la conciencia sobre una dieta balanceada han aumentado la demanda de suplementos y alimentos funcionales. En Chile, el trébol rosado (Trifolium pratense L.) es una planta reconocida por su alto contenido de isoflavonas, compuestos fenólicos potencialmente beneficiosos en tratamientos hormonales y contra el cáncer. La extracción con fluidos supercríticos es una técnica no convencional que aborda los desafíos de la maceración, la hidrodestilación y la extracción por solventes para este tipo de compuestos. Aunque ha sido ampliamente aplicada en la extracción de compuestos fenólicos como las isoflavonas, el desarrollo a escala industrial de esta tecnología se ve dificultado por ser un proceso inherentemente discontinuo y por la falta de información sobre los costos de escalamiento. El objetivo de este trabajo es analizar técnico-económicamente una planta simulada de extracción continua en contracorriente de isoflavonas desde trébol rosado molido y suspendido en una mezcla de agua y etanol con CO2 supercrítico. Se simuló en Aspen Plus el proceso como una extracción líquido-líquido a 40 °C y 30 MPa para distintas suspensiones de alimentación, utilizando el modelo termodinámico PC-SAFT y una ecuación de solubilidad tipo Chrastil modificada. Las dimensiones de la columna fueron calculadas con el método de Hunter-Nash, correlaciones para altura de etapa teórica y curvas de inundación para distintos empaques. El costo de equipos se obtiene a través de correlaciones y factores de escalamiento disponibles. Por último, el software genera los balances de materia y servicios, los que serán utilizados en la estimación del costo de manufactura del extracto de trébol rosado(...). Currently, the increase in diseases related to sedentary lifestyles and the growing awareness of a balanced diet have boosted the demand for supplements and functional foods. In Chile, red clover (Trifolium pratense L.) is a plant known for its high content of isoflavones, phenolic compounds that are potentially beneficial for hormone treatments and cancer prevention. Supercritical fluid extraction is a non-conventional technique that addresses the challenges of maceration, hydrodistillation, and solvent extraction for this type of compound. Although widely applied to the extraction of phenolic compounds, such as isoflavones, the industrial-scale development of this technology is hindered by its inherently batch nature and by the lack of information on scale-up costs. The aim of this work is to analyze the technical and economic feasibility of a simulated continuous countercurrent extraction plant for isoflavones from ground red clover suspended in a mixture of water-ethanol with supercritical CO2. The process was simulated in Aspen Plus as a liquid–liquid extraction at 40 °C and 30 MPa for various feed suspensions, using the PC-SAFT thermodynamic equation of state and a modified Chrastil-type solubility equation. Column dimensions were calculated using the Hunter–Nash method, theoretical stage height correlations and flooding curves for different packings. Equipment costs were estimated using available correlations and scaling factors. Finally, the software generated mass and utility balances used for estimating the manufacturing cost of red clover extract(...).