Electrothermal and acoustic techniques application in extraction processes. State of the art

Abstract

[EN] A great amount of the food industry wastes includes important content of bioactive compounds, which can be extracted and applied in different sectors such as food, chemical or pharmaceutical areas. The application of alternative technologies can improve the extraction of interesting compounds, enhancing the process, reducing the energy consumption, or limiting the use of organic solvents. The objective of the present study was to stablish the state of the art of the application of different electrothermal and acoustic techniques to intensify the extraction processes. The eco-friendlier techniques on which this study was focused were Moderate Electric Fields (MEF)/Ohmic Heating (OH), Pulse Electric Fields (PEF) and Ultrasound (US). The methodology applied was based on the analysis of different studies carried out by researchers, comparison, and exemplification, to reach conclusions in relation to the objective of the study. The use of the electric field-based techniques during the extraction process produces a phenomenon in cell membranes known as electroporation. This phenomenon means the permeabilization of the cell membrane, which can be related with a reduction of extraction time, the increase of yield, as well as the possibility of use of more environmentally friendly solvents. Ultrasound application produce different effects such as cavitation, which can intensify the solvent penetration into the solid matrixes, enhancing mass transfer processes and then the release of the bioactive compound. Therefore, the techniques studied can contribute to the increase of the extraction of bioactive compounds. In this sense, the influence of process variables and product characteristics must be considered. Therefore, research must be done to better understand the mechanism involved for each specific product/application and optimize the operation.

[ES] Una gran cantidad de los residuos de la industria alimentaria incluyen gran cantidad de compuestos bioactivos, que pueden ser extraídos y aplicados en diferentes sectores como el alimentario, químico o farmacéutico. La aplicación de tecnologías alternativas puede mejorar las operaciones de extracción, intensificando el proceso, reduciendo el consumo de energía o limitando el uso de solventes orgánicos. El objetivo del presente estudio fue establecer el estado del arte de la aplicación de diferentes técnicas electrotérmicas y acústicas para intensificar procesos de extracción. Las técnicas en las que se centró este estudio fueron los campos eléctricos moderados (MEF)/calentamiento óhmico (OH), los campos eléctricos pulsados (PEF) y los ultrasonidos (US). Las técnicas basadas en aplicación de campos eléctricos durante el proceso de extracción producen un fenómeno en las membranas celulares conocido como electroporación. Este fenómeno puede inducir la permeabilización de la membrana celular, lo que puede implicar una reducción de los tiempos de extracción, un aumento del rendimiento, así como posibilitar el uso de disolventes orgánicos más respetuosos con el medioambiente. La aplicación de ultrasonidos puede producir la aparición de cavitación, entre otros efectos. Esto puede contribuir a una mejora en la penetración del solvente en las células, una mejora en la transferencia de materia y por lo tanto una intensificación de la extracción de componentes bioactivos de interés. Por lo tanto, las metodologías consideradas pueden contribuir al incremento de la extracción de compuestos bioactivos. En este sentido, se deben considerar todas las variables de proceso, tanto las correspondientes al proceso mismo como las características propias de la matriz en cuestión. Por ello, se necesita realizar estudios concretos para cada aplicación/producto específico para comprender los mecanismos implicados y optimizar las operaciones.