Modelamiento cinético de la extracción sólido-líquido de capsaicina, cinamaldehído y timol en ají habanero, canela y tomillo
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Date
2026-02-18
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Publisher
Universidad de Cuenca. Facultad de Ciencias Químicas
Abstract
The solid-liquid extraction of bioactive compounds of plant origin is a process of great relevance in industries such as food, pharmaceuticals and agriculture. However, their use is limited by the poor understanding of the processes that influence extraction kinetics. In the present research, the behavior of the extraction of capsaicin, thymol and cinnamaldehyde from habanero pepper, thyme and cinnamon leaves respectively, was studied by controlled thermal agitation at 20, 40 and 60 °C. The quantification of the compounds was carried out through UV-Visible spectroscopy, while the structure of the matrices was characterized by stereomicroscopy and atomic force microscopy, relating porosity and roughness with extraction efficiency. The experimental data were fitted to the first-order, pseudo-second- order, Peleg and intraparticle diffusion models, and the effect of temperature was evaluated using the Arrhenius equation. The results showed that capsaicin and thymol have higher extraction rates due to the higher porosity of their matrices, while cinnamaldehyde presented a slower release associated with the compact structure of cinnamon leaves. The fit of the kinetic models showed that capsaicin is best described by diffusion at low and medium temperatures and by pseudo-second order and Peleg at high temperatures, thymol is mainly fitted to the pseudo-second order and Peleg models, while cinnamaldehyde is best described by the intraparticle diffusion model. These results allow us to understand the mechanisms of metabolite release and provide criteria for the optimization of extractive processes.
Resumen
La extracción sólido-líquido de compuestos bioactivos de origen vegetal es un proceso de gran relevancia en industrias como la alimentaria, farmacéutica y agrícola. Sin embargo, su aprovechamiento está limitado por la escasa comprensión de los procesos que influyen en la cinética de extracción. En la presente investigación se estudió el comportamiento de la extracción de capsaicina, timol y cinamaldehído a partir de ají habanero, tomillo y hojas de canela respectivamente, mediante agitación térmica controlada a 20, 40 y 60 °C. La cuantificación de los compuestos se realizó a través de espectroscopía UV-Visible, mientras que la estructura de las matrices se caracterizó mediante estereomicroscopía y microscopía de fuerza atómica, relacionando la porosidad y rugosidad con la eficiencia de extracción. Los datos experimentales se ajustaron a los modelos de primer orden, pseudo-segundo orden, Peleg y difusión intrapartícula, y se evaluó el efecto de la temperatura mediante la ecuación de Arrhenius. Los resultados mostraron que la capsaicina y el timol presentan mayores velocidades de extracción debido a la mayor porosidad de sus matrices, mientras que el cinamaldehído presentó una liberación más lenta asociada a la estructura compacta de las hojas de canela. El ajuste de los modelos cinéticos mostró que la capsaicina se describe mejor por difusión a bajas y medias temperaturas y por pseudo-segundo orden y Peleg a altas temperaturas, el timol se ajusta principalmente a los modelos de pseudo-segundo orden y Peleg, mientras que el cinamaldehído se describe mejor mediante el modelo de difusión intrapartícula. Estos resultados permiten comprender los mecanismos de liberación de los metabolitos y aportar criterios para la optimización de procesos extractivos.
Keywords
Ingeniería Química, Compuestos bioactivos, Espectrofotometría UV-visible, Agitación
Citation
Código de tesis
TQ; 684
Código de tesis
Grado Académico
Ingeniero Químico