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Revista Cubana de Plantas Medicinales
On-line version ISSN 1028-4796
Rev Cubana Plant Med vol.11 no.3-4 Ciudad de la Habana July-Dec. 2006
Centro de Investigación y Desarrollo de Medicamentos (CIDEM)
Optimización de un proceso de obtención de extracto acuoso de Calendula officinalis Lin.
Lic. Rolando Carmona Fernández,1 Ing. Orestes Darío López,2 Téc. María Lidia Gonzáles Sanabia3 y Lic. Adriana Muñoz Cernada1
RESUMEN
El propósito de la presente investigación fue estudiar el efecto de 3 variables en el proceso de obtención del extracto acuoso de flores de Calendula officinalis Lin., así como su optimización a partir de la maximización de los sólidos totales en el extracto y los valores de recobrado, obtenidos en un reactor cilíndrico de laboratorio con geometría desescalada de un reactor industrial. El estudio de superficie de respuesta realizado, utilizó un diseño híbrido, el cual, con 11 experimentos, logra analizar 3 factores en 5 niveles y da una respuesta adecuada a la necesidad de determinar la influencia de las variables de proceso y los valores óptimos para la extracción. La relación droga disolvente resultó ser la variable analizada que influyó con mayor significación en la extracción aunque todas fueron significativas y 100 ºC de temperatura, (1/10) como relación droga/disolvente y 2,5 h de agitación, resultaron ser los parámetros óptimos de operación, para el procedimiento propuesto.
Palabras clave: Calendula officinalis, extracto acuoso, optimización.
Calendula officinalis Lin. (caléndula) es una planta anual que se cultiva en todo el mundo y sus flores son utilizadas tanto desde el punto de vista ornamental como para la preparación de productos terminados en las industrias farmacéutica y cosmética. En nuestro país, la caléndula crece adecuadamente en condiciones de cultivo y sus flores cumplen con los requisitos establecidos por las farmacopeas internacionales para su uso como planta medicinal.
Según lo reportado en la literatura,1 las decocciones de las flores de caléndula tienen un amplio espectro en cuanto al tratamiento de diversas afecciones, entre las que podemos citar de una forma selectiva las siguientes: para la curación de las heridas, como colutorios en las estomatitis y en la piorrea; en el tratamiento de la gastritis, de las úlceras, hepatitis y otras enfermedades gastrointestinales; en el tratamiento de la hipertensión, taquicardia y arritmia; en el tratamiento de diversas afecciones del sistema urinario, así como en enfermedades del sistema nervioso central y periférico, etc.
Todos estos usos permiten inferir que los extractos acuosos de las flores de C. officinalis presentan las propiedades farmacológicas siguientes: cicatrizante, antiinflamatorio, antibacteriano y tranquilizante, lo cual hace de esta una materia prima natural de interés para la industria farmacéutica.
En los estudios farmacológicos realizados con extractos o fracciones a partir de las flores de C. officinalis se han detectado las mismas propiedades que se informan en la medicina tradicional; así tenemos que Dumenil2 plantea que los extractos etanólicos al 80 % mostraron actividad antibacteriana especialmente contra Staphylococcus aureus y S. fecalis. Omelchuk3 y Fleischner4 realizaron estudios en los que se demostró la propiedad antiinflamatoria de extractos de caléndula. Michel5 y Fleischner4 demostraron el poder cicatrizante de los extractos de C. officinalis en animales de experimentación y en humanos. Ubeeva6 plantea el uso de extracto de polifenoles totales, el cual mostró un marcado efecto colagogo en ratas al ser administrado en dosis de 0,05 g/kg/día y también resultó beneficioso en el tratamiento de hepatitis inducida por tetracloruro de carbono.
Además de estas actividades farmacológicas, ya refrendadas por el uso popular, los estudios farmacológicos experimentales han descubierto nuevas propiedades para la caléndula, a saber: Wojeicki7 demostró que la aplicación diaria durante 12 semanas de los saponósidos de las flores, a ratas con hiperlipemia experimental en dosis de 10-50 mg/kg, normalizaron el colesterol, los ácidos grasos libres, los fosfolípidos, las lipoproteínas, los lípidos totales y los triglicéridos presentes en la sangre. También Samochowiec8 comprobó que los saponósidos aislados de C. officinalis decrecen el contenido del colesterol, los triglicéridos y los lípidos totales en ratas alimentadas con una dieta aterogénica. Wagner9 aisló polisacáridos de alto peso molecular a partir de los extractos acuosos y acuosos alcalinos, los cuales mostraron actividad inmunoestimulante. Rocaud10 demostró la actividad antitumoral y citotóxica de extractos de caléndula ricos en saponinas triterpenoides. Parkhurst11 demostró que las saponinas de C. officinalis fueron efectivas como espermaticida, antiblastocito y abortivo.
La diversidad de acciones farmacológicas que presenta la caléndula no está agotada de acuerdo con muchas de estas investigaciones recientes. Debido a estas potencialidades de uso, nos propusimos optimizar una tecnología de obtención de extracto acuoso de C. officinalis Lin. y analizar la influencia de los parámetros de proceso: temperatura, relación droga/disolvente y el tiempo, para su ulterior estandarización y facilitar su utilización en preparaciones farmacéuticas o formas terminadas de medicamentos.
MÉTODOS
Droga seca molinada de Calendula officinalis Lin. número de herbario ROIG 4625 clasificada como muy gruesa,12 parabenos y agua desionizada. Se utilizó cristalería general de laboratorio y un reactor cilíndrico cuya geometría fue diseñada para el trabajo en el laboratorio a partir de las dimensiones de un reactor industrial utilizando la potencia por unidad de volumen como criterio de desescalado. En el mismo se controló la temperatura con una manta de calentamiento, se fijó la velocidad de rotación del impelente en 2500 rpm con un agitador Ika Werk RW-20 y se garantizó la retención del disolvente utilizando un sistema de enfriamiento acoplado a un criostato HAKE GH.
El procedimiento consistió en realizar las extracciones utilizando el método de digestión dinámica, filtración a vacío, preservación de los extractos, realización de las mediciones de sólidos totales13 y el análisis de los resultados empleando el programa estadístico DESING-EXPERT versión 5.
Para la determinación del efecto de los factores (Tabla 1) y sus interacciones, así como del gráfico de respuesta que definiría las condiciones óptimas del proceso, utilizamos un diseño híbrido (Tabla 2), el cual, con 11 experimentos logra analizar la temperatura, la relación droga/disolvente (sin considerar el volumen necesario de humectación) y el tiempo de extracción en 5 niveles y da una respuesta adecuada a los objetivos planteados.
RESULTADOS
Mediante el diseño híbrido mencionado, el análisis combinado de los resultados experimentales establecieron el efecto de cada variable en las características medidas del extracto final y sus resultados se muestran en las tablas 1 a la 5 y las figuras 1, 2 y 3.
Tabla 1. Datos Generales
Factor | Nombre | Nivel (-) | Nivel (+) | Coded (-) | Coded (+) |
A | Temp. (ºC) | 60 | 93 | -1,000 | 1,000 |
B | RDDisolv. (Adim.) | 1:9 | 1:14 | -1,000 | 1,00 0 |
C | Tiempo (h) | 1 | 3 | -1,000 | 1,000 |
Tabla 2: Diseño
Nº Corrida | Orden | A:Temp. | B:RDDisolv. | C:Tiempo | Recobrado | S. Totales |
1 | 3 | -1,000 | -1,000 | 0,707 | 79,76 | 2,57 |
2 | 11 | 0,000 | 0,000 | 0,000 | 89,62 | 2,26 |
3 | 10 | 0,000 | -1,414 | -0,707 | 80,00 | 2,9 |
4 | 8 | -1,414 | 0,000 | -0,707 | 90,41 | 2,28 |
5 | 5 | -1,000 | 1,000 | 0,707 | 97,52 | 2,02 |
6 | 7 | 1,414 | 0,000 | -0,707 | 95,57 | 2,41 |
7 | 9 | 0,000 | 1,414 | -0,707 | 96,72 | 1,87 |
8 | 4 | 1,000 | -1,000 | 0,707 | 82,55 | 2,66 |
9 | 6 | 1,000 | 1,000 | 0,707 | 100,41 | 2,08 |
10 | 1 | 0,000 | 0,000 | 1,414 | 89,62 | 2,26 |
11 | 2 | 0,000 | 0,000 | -1,414 | 82,09 | 2,07 |
Tabla 3. Significación de la influencia de los factores
Factores para Sólidos Totales | Coeficiente Estimado | GL | Error estándar | t for H 0 Coeff=0 | Prob > |t| |
Intercept | 2,50 | 1 | 3,941E-03 | ||
A-Temp. | 3,376E-03 | 1 | 2,414E-03 | 1,40 | 0,2208 |
B-RDDisolv. | -0,026 | 1 | 2,414E-03 | -10,84 | 0,0001 |
C-Tiempo | 1,892E-03 | 1 | 2,414E-03 | 0,78 | 0,4686 |
A 2 | 5,436E-03 | 1 | 2,873E-03 | 1,89 | 0,1170 |
B 2 | 6,628E-03 | 1 | 2,873E-03 | 2,31 | 0,0691 |
Factores para Recobrado | Coeficiente Estimado | GL | Error estándar | t for H 0 Coeff=0 | Prob > |t| |
Intercept | 89,14 | 1 | 1,78 | ||
A-Temp. | 1,62 | 1 | 0,97 | 1,67 | 0,1562 |
B-RDDisolv. | 7,41 | 1 | 0,97 | 7,62 | 0,0006 |
C-Tiempo | 1,11 | 1 | 0,97 | 1,15 | 0,3040 |
A 2 | 2,15 | 1 | 1,18 | 1,82 | 0,1289 |
C 2 | -1,68 | 1 | 1,44 | -1,17 | 0,2957 |
Tabla 4. Soluciones más probables predichas por el diseño.
Solución | Temp. | RDDisolv. | Tiempo | Recobrado | STotales | Deseabilidad |
1 | 100 | 9,9 | 2,5 | 91,22 | 2,65 | 0,980 |
2 | 100 | 9,9 | 2,4 | 91,23 | 2,64 | 0,980 |
3 | 100 | 9,9 | 2,5 | 91,26 | 2,64 | 0,980 |
4 | 100 | 10,0 | 2,5 | 91,56 | 2,63 | 0,979 |
Tabla 5. Optimización y predicción
Factor | Nivel | V. Resp. | Predicción | 95% Lim.Inf. | 95% Lim.Sup. |
Temp. | 100ºC | STotales | 2.63 | 2.34 | 2.92 |
RDDisolv. | 1:10 | Recobrado | 75.60 | 65.08 | 86.13 |
Tie mpo | 2.5 h |
Fig. 1. Sólidos totales y desviación desde el punto de referencia.
Fig. 2. Recobrado y desviación desde el punto de referencia.
Fig. 3. Deseabilidad y desviación desde el punto de referencia.
Al analizar el comportamiento de los factores sobre la concentración de sólidos totales, podemos destacar cómo el valor máximo de temperatura y de tiempo así como el mínimo de relación droga/disolvente, maximizan los sólidos totales y se describe por la ecuación:
Ln(STotales + 10,00) = +2,50 + 3,376E -03 * A - 0,026 * B +1,892E -03 * C + 5,436E -03 * A 2 + 6,628E -03 * B 2
Este análisis en la Fig. 2, nos muestra cómo al maximizar los 3 factores se incrementan los valores de recobrado y se describe por la ecuación:
Recobrado = + 89,14 + 1,62 * A + 7,41 * B + 1,11 * C + 2,15 * A 2 1,68 * C 2
Esto lleva a un conjunto de soluciones más probables (Tabla 4), donde se maximizan las 2 variables respuesta y la solución escogida (Tabla 5), se gráfica en la Fig. 3.
DISCUSIÓN
Los efectos de las variables (factores), se correspondieron con el cambio provocado en las respuestas por la variación de los niveles. Este efecto se estimó, a partir de los coeficientes encontrados en los experimentos para cada variable considerada, con un nivel alto de +1,414 (+a) y como nivel bajo de -1,414 (-a).
La influencia observada fue similar para los sólidos totales y el recobrado. Tanto la temperatura como el tiempo de agitación, provocan influencias positivas, sobre ambas variables respuesta.
En el caso de la relación droga/disolvente, la influencia para los sólidos está en sentido opuesto a la que este factor ejerce sobre el recobrado. Esto hace que a la hora de establecer los valores óptimos de las variables para este proceso de extracción, haya que llegar a una solución de compromiso que satisfaga una máxima respuesta en las 2 variables.
Nuestros resultados demuestran que existió significación de la influencia de los 3 factores estudiados sobre los sólidos totales y el recobrado. En ambos casos podemos apreciar que es la relación droga/disolvente, el factor que presenta una influencia significativa en el proceso de extracción.
En el caso de la temperatura, tiene un valor máximo confiable analizado por el diseño de 93 ºC, aunque, atendiendo al comportamiento lineal en las inmediaciones de este valor con una pendiente elevada, la significación de este factor según los coeficientes estimados para ambas variables respuesta, la mínima diferencia en los rangos de intervalos de confianza para sólidos totales (±0,25 con 93 ºC y ±0,29 con 100 ºC), así como (±8,21 con 93 ºC y ±9,22 con 100 ºC) para el recobrado, además de que el valor +a en este diseño para la temperatura es precisamente 100ºC; se decidió escogerlo como valor de temperatura óptima.
Según los resultados predichos por el modelo para los recobrados, no creemos necesario considerar una segunda extracción ya que los rendimientos son bastante altos.
En esta investigación se determinó cuáles de los factores estudiados tenían influencia sobre el proceso, se demostró su significación y además, se logró optimizar una tecnología de obtención de extracto acuoso de Calendula officinalis Lin., determinando los valores más adecuados para nuestros parámetros de operación.
Summary
Optimization of a process of obtention of aqueous extract from Calendula officinalis Lin
The aim of the present research was to study the effect of three variables in the process of obtention of aqueous extract from flowers of Calendula officinalis Lin., as well their optimization, starting from the maximization of total solids present in the extract, and the recovery values obtained in a lab cylindrical reactor with a non-scale geometry of an industrial reactor. The surface study of the response used a hybrid design, which with 11 experiments attained to analyze three factors at 5 levels, and to give an appropriate response to the need of determining the influence of the process variables and the optimal values for extraction. The drug/diluent ratio proved to be the analyzed variable that influenced the most on the extraction, although all the variables were significant. The optimal parameters for the operation were: a temperature of 100 ºC, a drug/diluent ratio of 1/10, and 2.4 hours of shaking..
Key words: Calendula officinalis, aqueous extract, optimal level.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Recibido: 25 de septiembre de 2006. Aceptado: 20 de octubre de 2006.
Lic. Rolando Carmona Fernández Centro de Investigación y Desarrollo de Medicamentos. (CIDEM). Calle 19 de mayo Nº 13 esq. Amézaga. Teléfono 870-2536-38 E-mail: rcarmona@infomed.sld.cu