El residuo agroindustrial de la granada, proveniente del procesamiento de su pulpa, es considerado un coproducto de alto valor por ser fuente de biocompuestos benéficos para la salud humana. La granada se compone de compuestos fenólicos, ácidos grasos esenciales, tocoferoles, ácidos orgánicos, fibra alimentaria y carotenoides. Todos estos compuestos son responsables de una alta actividad antioxidante, antiinflamatoria y antimicrobiana. La extracción de biocompuestos presentes en la granada se muestra como una potencial fuente natural de antioxidantes y antiinflamatorios que contribuyen con la salud humana y pueden ser usados en la industria de alimentos, cosméticos o fármacos. El dióxido de carbono supercrítico (scCO2) es comúnmente usado en procesos de extracción de biocompuestos, debido a que en estado supercrítico se comporta como un híbrido entre un líquido y un gas, es decir, disuelve sustancias como un líquido difundiéndose como un gas. Son muchos los estudios que demuestran las ventajas del uso de scCO2 al preservar la actividad biológica de los componentes extraídos, la fácil precipitación de los solutos por simple despresurización, y por ser un solvente seguro, no tóxico, inerte y fácilmente disponible. La aplicación de tecnología de fluidos en estado supercrítico ha permitido mejoras significativas en varios procesos industriales, y aún hay oportunidades para nuevas aplicaciones en áreas emergentes, incluyendo la búsqueda de procesos sostenibles y productos saludables. El proceso de extracciones sucesivas es un proceso indirecto de fraccionamiento de los extractos. Cada extracción produce extractos de mayor pureza en la sustancia de interés específica. Mediante la modelación matemática de las curvas de extracción de cada grupo de sustancias, es posible simular la evolución de un proceso de extracciones sucesivas en función del tiempo.

Durante las últimas décadas, la forma en que nos alimentamos ha cambiado y los alimentos procesados han pasado a ser parte de nuestra alimentación diaria. Los procesos industriales tienen como consecuencia la pérdida del valor nutricional. Por esto, la adición de nutrientes como antioxidantes u otros suplementos alimentarios ha ganado importancia. También, la tendencia a lo natural y orgánico hoy se presenta como primordial para la elaboración no solo de alimentos, sino también cosméticos, fármacos, entre otros. La industria de extracción de compuestos bioactivos está en constante innovación y son necesarios nuevos procesos en los que se incremente el rendimiento global, la productividad y selectividad de la operación. La recuperación de extractos concentrados en los compuestos de interés puede conducir a la obtención de productos de alto valor económico y simplificar las posteriores etapas de fraccionamiento. La granada presenta una porción significativa de sustancias oleosas (aproximadamente, 16% b.s.), alto contenido en sustancias fenólicas, entre otros, todas sustancias que le proporcionan cualidades antioxidantes y antiinflamatorias e incrementan su valor agregado. Entre los componentes lipídicos presentes en la matriz vegetal, se encuentran los tocoferoles y tocotrienoles (tocoles), los carotenoides y ácidos grasos, sustancias no polares pasibles de extracción con solventes como el CO2. Otras sustancias como los polifenoles, ácidos orgánicos y otros biocompuestos polares son extraídos mediante tecnología supercrítica, usando, además del CO2, cosolventes de diferente polaridad como etanol o agua. El dióxido de carbono (CO2) es un fluido ampliamente utilizado en estado supercrítico (scCO2), debido a sus ventajas de no toxicidad, no inflamabilidad, ser químicamente estable y de bajo costo, disponibilidad en grandes cantidades, y por presentar una presión y temperatura crítica moderada (7.4 MPa y 31.1 °C, respectivamente). Por otra parte, basado en las propiedades de los solventes, el scCO2 presenta una importante ventaja sobre las extracciones a baja presión, debido a que la selectividad del scCO2 puede ser modificada, variando los parámetros de temperatura y presión para obtener fracciones que contienen componentes específicos o una familia de compuestos con características semejantes. El scCO2 es un solvente no polar, que mantiene afinidad con estas sustancias (lípidos y sustancias liposolubles). Esta característica solvente puede ser modificada con la adición de sustancias cosolventes como el etanol, incrementando en el extracto sustancias polares. Dicho parámetro de polaridad todavía puede ser alterado por la selección de condiciones específicas de temperatura y presión, lo que acrecienta la flexibilidad de la operación de extracción, adaptándola a requisitos específicos del extracto en función de la concentración del producto deseado.

En consecuencia, el propósito del presente proyecto es el diseño de una operación de extracciones sucesivas, mediante la selectividad del CO2 en estado supercrítico, obteniendo extractos fraccionados, concentrados en biocompuestos de grupos determinados (tocoles, carotenoides, ácidos grasos, y polifenoles) presentes en la granada. A través del modelamiento matemático, se propone estudiar las relaciones existentes entre los grupos de biocompuestos estudiados y su solubilidad en scCO2. Finalmente, se espera diseñar una operación de extracción sucesiva, fraccionando los extractos a modo de concentrar en ellos los grupos de biocompuestos más importantes encontrados en el material vegetal. Cabe señalar que se espera contribuir con el conocimiento en torno a las operaciones de extracción sucesivas y al mejor aprovechamiento de materias primas vegetales.

El presente proyecto privilegia fortalecer el conocimiento en la Universidad Nacional Jorge Basadre Grohmann (UNJBG) – E.P. de Ingeniería en Industrias Alimentarias y la Universidad Privada de Tacna (UPT) – E.P. de Ingeniería Agroindustrial en el aprovechamiento integral de residuos agroindustriales, aplicando tecnologías limpias y el desarrollo de operaciones de extracción y fraccionamiento sucesivo mediante CO2 supercrítico (scCO2), específicamente, para la obtención de extractos diferenciados de varios biocompuestos específicos o grupos de ellos a partir de la misma matriz vegetal.

La investigadora responsable, Sylvia Alcázar, ha fortalecido su experiencia científica en el Laboratorio de Tecnología Supercrítica: Extracción, Fraccionamiento e Identificación de extractos vegetales (LASEFI) – Facultad de Ingeniería de Alimentos perteneciente a la Universidad de Campinas (UNICAMP – Brasil), que desarrolla investigación en el área de ingeniería, ciencia y tecnología de alimentos. En concreto, LASEFI es referencia en la extracción de compuestos bioactivos obtenidos a partir de matrices vegetales mediante tecnologías de fluidos supercríticos o de alta presión. Por su parte, Sylvia Alcázar ha estudiado procesos de separación física, usando solventes limpios (scCO2, alcohol y agua) para obtener extractos de compuestos bioactivos. Asimismo, ha investigado aplicaciones hidrotérmicas asistidas por scCO2 para la obtención de nuevos productos a partir de la biomasa residual de procesos de extracción, Ello, junto a su experiencia tanto en el desarrollo de productos como en su caracterización usando métodos analíticos, es de mucha utilidad para el desarrollo de la propuesta.

La infraestructura de ambas universidades aliadas es usada a fin de investigar un problema de relevancia para la industria tacneña. Asimismo, se desarrollan extractos nutracéuticos de alto valor a partir de residuos agroindustriales de frutas y la generación de alternativas sustentables para la agroindustria local.

El proyecto contempla la obtención de sucesivos extractos de biocompuestos presentes en el residuo de granada (Punica granatum), coproducto del procesamiento de su pulpa. La importancia de la extracción de biocompuestos se basa en su capacidad para contribuir al buen funcionamiento del organismo humano y, en muchos casos, su consumo reduce el riesgo de padecer enfermedades. Los residuos del proceso de aprovechamiento de la granada presentan una porción significativa de biocompuestos de origen lipídico, tocoferoles, ácidos grasos poliinsaturados, carotenoides y compuestos fenólicos, entre otros, que le proporcionan cualidades antioxidantes y antiinflamatorias a su extracto. Todo ello sugiere un potencial valor agregado para este residuo agroindustrial. Dicha investigación propone el diseño de una operación en que la matriz vegetal se somete a extracciones sucesivas al mudar los parámetros de extracción (por eemplo, temperatura, presión, tiempo de extracción), y/o la polaridad del solvente supercrítico, obteniéndose extractos concentrados en grupos específicos de biocompuestos. El diseño de la operación requiere el modelamiento matemático de resultados obtenidos de las extracciones en etapas únicas para, luego, basado en la identificación y cuantificación de los componentes de interés en el extracto, diseñar una operación integrada referida a extracciones sucesivas, usando scCO2 para la extracción de las sustancias no polares y extracciones con scCO2 asistidas por solvente polar (etanol), para la extracción de las sustancias con diferente polaridad.

Cabe señalar que el proyecto contribuirá al conocimiento y aplicación de la técnica de extracción supercrítica y fraccionamiento de extractos en una amplia gama de biocompuestos, y al uso de modelos matemáticos para la predicción del proceso y definición de los parámetros de extracción sucesiva. Así, se fomenta el mejor aprovechamiento de las materias primas de origen residual, se usan técnicas sostenibles y se reincorporan estos productos a la cadena productiva sin generación de residuos.

Modalidad de proyecto: Proyecto de investigación avanzado

Los proyectos deben ser presentados de manera asociativa (con una o más entidades asociadas).

La conformación mínima es la siguiente:

• Un investigador principal
• Un coinvestigador
• Un tesista de posgrado
• Un gestor tecnológico
• Un coordinador administrativo

Tipo de proyecto: Investigación aplicada

Subsector: Agroindustria y elaboración de alimentos

Sector: Estratégico

Lugar de ejecución del proyecto: Tacna

Fecha de inicio: 03/12/2018

Fecha de cierre: 03/12/2020

Plazo de ejecución (meses): 24

Objetivo principal

Desarrollar un proceso secuencial de extracción supercrítica donde se determinen las condiciones de operación para el fraccionamiento selectivo de extractos concentrados en grupos de biocompuestos a partir de la granada.

Objetivo específico 1

Obtención y acondicionamiento de la materia prima para el proceso de extracción supercrítica.

Objetivo específico 2

Extracciones exhaustivas de la matriz vegetal para la obtención de extractos ricos en compuestos bioactivos afines al solvente al CO2 en estado supercrítico auxiliado por cosolvente alcohol.

Objetivo específico 3

Análisis matemático de las curvas de extracción según los grupos de componentes bioactivos presentes en cada extracto.

Objetivo específico 4

Diseño de secuencia de extracciones sobre una misma matriz vegetal aplicadas para el fraccionamiento de los extractos ricos en grupos de biocompuestos.

Institución responsable del proyecto

Universidad Nacional Jorge Basadre Grohmann

RUC: 20147796634

Tipo de entidad: Universidades que se encuentren licenciadas o en proceso de licenciamiento por la SUNEDU

Régimen: Público

Tipo de organización: Sin fines de lucro

Departamento: Tacna

Provincia: Tacna

Distrito: Tacna

Dependencias: Instituto General de Investigación, Escuela Profesional de Ingeniería en Industrias Alimentarias, Vicerrectorado de Investigación

Instituciones asociadas

Universidad Privada de Tacna

RUC: 20119917698

Tipo de entidad: Universidades que se encuentren licenciadas o en proceso de licenciamiento por la SUNEDU

Régimen: Privado

País: Perú

Departamento: Tacna

Provincia: Tacna

Distrito: Pocollay

Investigador principal

Nombres: Sylvia Carolina

Apellido paterno: Alcazar

Apellido materno: Alay

Grado académico: Doctorado

Nombre del grado académico: Doctora en Ingeniería de Alimentos

Entidad: Universidad Nacional Jorge Basadre Grohmann

Dependencia: Instituto General de Investigación

Coinvestigador

Nombres: Héctor

Apellido paterno: Rodríguez

Apellido materno: Papuico

Grado académico: Doctorado

Entidad: Universidad Nacional Jorge Basadre Grohmann

Dependencia: Vicerrectorado de Investigación

Coinvestigador

Nombres: Samuel Román

Apellido paterno: Cerro

Apellido materno: Ruiz

Grado académico: Doctorado

Entidad: Universidad Nacional Jorge Basadre Grohmann

Dependencia: Escuela Profesional de Ingeniería en Industrias Alimentarias

Coinvestigador

Nombres: Raúl

Apellido paterno: Cartagena

Apellido materno: Cutipa

Grado académico: Magíster

Entidad: Universidad Privada de Tacna

Dependencia: Escuela Profesional de Ingeniería Agroindustrial

Tesista

Nombres: Tesista no identificado

Apellido paterno: Tesista no identificado

Apellido materno: Tesista no identificado

Tipo de tesis: Licenciatura

Entidad: Universidad Nacional Jorge Basadre Grohmann

Tesista

Nombres: Tesista no identificado

Apellido paterno: Tesista no identificado

Apellido materno: Tesista no identificado

Tipo de tesis: Licenciatura

Entidad: Universidad Privada de Tacna

Tesista

Nombres: Tesista no identificado

Apellido paterno: Tesista no identificado

Apellido materno: Tesista no identificado

Tipo de tesis: Maestría

Entidad: Universidad Nacional Jorge Basadre Grohmann

Gestor tecnológico

Nombres: Yesica

Apellido paterno: Jaliri

Apellido materno: Calisaya

Entidad: Universidad Nacional Jorge Basadre Grohmann

Coordinador administrativo

Nombres: Mariela Rocío

Apellidos: Albarracín Mamani

Entidad: Universidad Nacional Jorge Basadre Grohmann

Técnico

Nombres: Leonardo

Apellidos: Espillico

Entidad: Universidad Nacional Jorge Basadre Grohmann

Asistente de investigación

Nombres: Asistente de investigación no identificado

Apellidos: Asistente de investigación no identificado

Entidad: Universidad Nacional Jorge Basadre Grohmann

Asistente de investigación

Nombres: Asistente de investigación no identificado

Apellidos: Asistente de investigación no identificado

Entidad: Universidad Privada de Tacna

Rubros financiables

• Recursos humanos (hasta 50% del monto financiado)

1. Incentivo monetario para el investigador principal y coinvestigadores: no debe sobrepasar el máximo de S/ 2,000 mensuales por investigador.
2. Pago a los tesistas: no debe sobrepasar el máximo de S/ 1,500 mensuales por tesista.
3. Pago al personal técnico o asistente de investigación: no debe sobrepasar el máximo de S/ 1,000 mensuales por técnico.
4. Honorarios o incentivos para un gestor tecnológico: no debe de sobrepasar el máximo de S/. 1,500 mensuales.

• Equipos y bienes duraderos (hasta 20% del monto financiado)

Corresponde a la adquisición de equipos menores para el proyecto de investigación.

• Materiales e insumos

1. Materiales, insumos, reactivos, accesorios, componentes electrónicos o mecánicos, bienes no inventariables.
2. Material bibliográfico, tales como manuales, bases de datos, libros especializados, otros, y/o suscripciones a redes de información (en físico o electrónico).
3. Software especializado para el desarrollo de los proyectos de investigación.

• Viajes

Corresponde a los gastos de viajes relacionados a actividades propias del proyecto de investigación.

Los gastos que aplican para este rubro son los siguientes:

1. Pasajes: terrestres, aéreos, nacionales e internacionales, en clase económica.
2. Viáticos: comprenden los gastos por concepto de alimentación, hospedaje y movilidad (hacia y desde el lugar de embarque), así como el desplazamiento en el lugar donde se realizan las actividades. El concepto de viáticos es aplicable para estancias cuya duración sea menor a los quince (15) días calendario, considerando los topes máximos diarios detallados en el Anexo 2.
3. Manutención: comprenden los gastos de alojamiento, alimentación y movilidad local durante su permanencia en el lugar sede del objeto del beneficio otorgado, o desplazamientos relacionados con el mismo. El concepto de manutención es aplicable siempre que se trate de una estancia cuya duración sea mayor o igual a quince (15) días calendario, considerando los topes máximos diarios detallados en la convocatoria.
4. Seguro de viaje: el seguro es de carácter obligatorio y su valor debe estar de acuerdo al precio de mercado. La cobertura típicamente incluye gastos médicos de emergencia, muerte accidental, invalidez e imprevistos logísticos durante el viaje (retraso de vuelos, demora o pérdida de equipaje, robos, etc.). El precio del seguro puede variar en función a la edad, duración del viaje y el destino. Se puede financiar hasta un máximo de S/ 2,000.

• Servicios de no consultoría.

Corresponde a los gastos de contratación de personas naturales o jurídicas para la ejecución de actividades de índole técnica especializada, consideradas como críticas para lograr el buen resultado del proyecto de investigación: servicios de laboratorio, colección de datos, procesamiento de muestras, análisis y diseño.

• Otros servicios

Corresponde a los gastos de contratación de personas naturales o jurídicas para la ejecución de actividades complementarias del proyecto de investigación, tales como:

1. Actividades de difusión:

1. Gastos de organización de taller de cierre del proyecto.
2. Costo de publicación de artículos en revistas indizadas.

• Costo de inscripción para participar en eventos o para discutir los resultados con personal interesado o calificado.

1. Actividades complementarias de la investigación:

1. Gastos de importación y desaduanaje de materiales, insumos o equipos relacionados al proyecto de investigación que se adquieran en el extranjero.
2. Gastos relacionados a la obtención del título o grado.

• Gastos relacionados a la solicitud de patentes.

1. Gastos de mantenimiento correctivo para los equipos adquiridos u otro equipo de laboratorio que deba usarse en el proyecto.

• Gastos de gestión (hasta 10% del monto financiado)

Corresponde al incentivo monetario para el coordinador administrativo, útiles de oficina y servicios de imprenta.