Modelamiento y simulación de procesos de fraccionamiento de suspensiones en columnas de alta presión

Abstract

El interés por los compuestos bioactivos de origen natural ha crecido de forma sostenida durante las útimas décadas, impulsado por la búsqueda de alimentos funcionales y nutracéuticos con potenciales beneficios para la salud. En Chile, el trébol rosado (Trifolium pratense L.) es una forrajera perenne valorada por su alto contenido de isoflavonas, compuestos potencialmente beneficiosos en tratamientos hormonales o contra el cáncer. La extracción con fluidos supercríticos (SCFE) es una técnica que aborda la maceración, la hidrodestilación y la extracción por solventes para este tipo de compuestos, pero está limitada por la dificultad de alimentar y transportar sólidos de forma continua a alta presión, lo que obliga a operar por lotes y restringe su escalamiento industrial. Acondicionar el sustrato como una suspensión bombeable permitiría un proceso continuo a contracorriente, pero exige describir adecuadamente el equilibrio entre las fases. Este trabajo aborda el modelamiento termodinámico, la simulación, el dimensionamiento y la evaluación económica del fraccionamiento de suspensiones hidroetanólicas en una columna de alta presión, tomando como caso de aplicación la recuperación de Formononetina y Biochanina A desde el trébol rosado. Se emplea CO_2 como solvente por su bajo costo, disponibilidad a alta pureza, manejo seguro e inocuidad fisiológica en el producto final, además, por su baja polaridad, se añade una mezcla hidroetanólica (etanol + agua) como medio de suspensión para mejorar su poder solvente. El modelo se implementó en Python y se validó frente a los datos experimentales de Durling et al. (2007), obteniéndose desviaciones entre 6,13 y 11,96% (AAPD) y entre 0,0213 y 0,0495 (RMSD). Con este modelo se calcularon (...). Interest in bioactive compounds of natural origin has grown steadily over the last decades, driven by the search for functional foods and nutraceuticals with potential health benefits. In Chile, red clover (Trifolium pratense L.) is a perennial forage crop valued for its high isoflavone content, compounds with potential benefits in hormonal therapies and against cancer. Supercritical fluid extraction (SCFE) is an alternative to maceration, hydrodistillation and solvent extraction for this type of compound, but it is limited by the difficulty of feeding and transporting solids continuously at high pressure, which forces batch operation and restricts its industrial scale-up. Conditioning the substrate as a pumpable suspension would allow a continuous countercurrent process, but it requires an adequate description of the equilibrium between the phases. This work addresses the thermodynamic modelling, simulation, sizing and economic evaluation of the fractionation of hydroethanolic suspensions in a high-pressure column, taking the recovery of formononetin and biochanin A from red clover as the application case. CO2 is used as the solvent because of its low cost, availability at high purity, safe handling and physiological harmlessness in the final product; in addition, given its low polarity, a hydroethanolic mixture (ethanol + water) is added as the suspension medium to improve its solvent power. The model was implemented in Python and validated against the experimental data of Durling et al. (2007), yielding liquid-phase deviations between 6.13 and 11.96% (AAPD) and between 0.0213 and 0.0495 (RMSD). This model was used (...).