En este curso se ofrece una visión general del campo de los fluidos supercríticos, sus aplicaciones y ventajas, particularizando en la industria agroalimentaria.

El objetivo general del curso es proporcionar a los alumnos una visión general del campo de los fluidos supercríticos, sus aplicaciones y ventajas, particularizando en la industria agroalimentaria.

Un fluido supercrítico (FSC) es un estado de la materia en la que ésta se comporta con propiedades intermedias entre las de los gases, como por ejemplo el poder de penetración, y las de los líquidos, como por ejemplo la capacidad disolvente. Estas propiedades intermedias permiten que sean muy eficaces en procesos tales como: la extracción de solutos de sus matrices sólidas, la generación controlada de micropartículas, la depuración de vertidos de alta carga contaminante, la encapsulación de principios activos, la impregnación de superficies, el secado, …

Los fluidos supercríticos se utilizan principalmente para la obtención y tratamiento de compuestos con alto valor añadido, como son antioxidantes, carotenos, aceites, aromas, colorantes, principios bioactivos, …. principalmente de sus matrices vegetales: semillas y hollejo de uva, semillas de borraja, hojas de girasol, microalgas, romero, germen de trigo, hojas de olivo, propoleo, ……La tecnología de fluidos supercríticos también permite el aprovechamiento de la gran cantidad de residuos o subproductos considerados de escaso o nulo valor que se generan en el sector agroalimentario, muchos de los cuales constituyen fuentes potenciales de productos de medio o alto valor añadido con gran demanda en sectores como el farmacéutico, alimentario o cosmético.

Todos estos productos extraídos aumentarían su valor, tanto funcional como económico, si se presentasen en formulaciones adecuadas a su mejor uso. Dado que las formas más comunes de dosificación son en estado sólido, la obtención de éstos con unas propiedades físicas y químicas adecuadas es el factor estratégico clave para la introducción en el mercado de un nuevo principio activo.

Por último, todo aquello que no pudiera ser aprovechado y constituya un residuo con alta carga orgánica, podría ser depurado mediante oxidación húmeda o supercrítica con la que es posible la eliminación completa de la materia orgánica presente, al tiempo que es posible el aprovechamiento energético de la materia orgánica de los vertidos.

Por todo ello, los objetivos particulares del curso son el estudio de los siguientes procesos con fluidos supercríticos:

• Procesos de extracción: para la obtención de los extractos,  ricos en compuestos de alto valor añadido
• Procesos de precipitación y encapsulación: para la obtención de nanopartículas y microcápsulas con biopolímeros compatibles
• Procesos de depuración: para la eliminación de residuos de alta carga orgánica

TEÓRICOS

• Introducción y Fundamentos de los Fluidos Supercríticos. Perspectivas de futuro
• Procesos de Extracción con Fluidos Supercríticos (fundamentos, modos de operar, equipos, modelización, …)
• Procesos de Precipitación con Fluidos Supercríticos (hidrodinámica, termodinámica, técnica SAS, técnica RESS, cinética de liberación de partículas, …)
• Procesos de Reacción con Fluidos Supercríticos (fundamentos, cinética y tipo de reactores, oxidación húmeda y supercrítica. Proceso gasificación en agua supercrítica) 

PRÁCTICOS

• Determinación experimental de la solubilidad de sólidos en CO2 supercrítico, cálculo de magnitudes críticas, uso de ecuaciones de estado para determinar los equilibrios de fases
• Obtención de extractos de hojas de olivo. Determinación de su capacidad antioxidante
• Obtención de nanopartículas a partir de extractos de las hojas de olivo. Encapsulación con PLA. Determinación del tamaño de las micropartículas
• Tratamiento hidrotérmico de residuos agroalimentarios

Al finalizar el curso, el alumno será capaz de:

• manejar equipos a escala de planta piloto
• usar diferentes hojas de cálculo
• realizar diferentes técnicas analíticas

El curso se ha estructurado en 5 sesiones de 7 horas presenciales cada una, contemplando tanto horario de mañana como de tarde. En horario de mañana, durante 3 horas, de 10:30 a 13:30 h, se impartirán las clases teóricas y en horario de tarde, durante 4 horas de 15:00 a 19: 00 h, las prácticas.

Las clases teóricas se impartirán en el aula-seminario del IVAGRO y las clases prácticas en los distintos laboratorios que el Grupo Análisis y Diseño de Procesos con Fluidos Supercríticos dispone en el mismo.

La primera sesión está dedicada a los fundamentos de los fluidos supercríticos, las tres siguientes a profundizar en cada a una de las aplicaciones concretas de los fluidos supercríticos y la quinta y última al tratamiento de los datos obtenidos en las distintas prácticas de laboratorio, a la exposición de un trabajo, a la evaluación de los conocimientos adquiridos y la realización de una encuesta sobre distintos aspectos del curso.

Para que los alumnos tengan opción a poder manejar los diferentes equipos de que dispone el Grupo “Análisis y diseño de procesos con fluidos supercríticos” en cada una de sus líneas, es necesario que el número de alumnos sea reducido. Por ello,  en caso de un elevado número de alumnos, se dividirá el total de éstos en cuatro grupos. Así, de lunes a jueves, cada grupo, por la tarde, realizará una práctica diferente, turnándose entre las cuatro existentes, de modo que en los cuatro días de prácticas, los cuatro grupos conozcan todos los equipos de que dispone el Grupo de Investigación.

Además, para un mejor desarrollo del curso, se abrirá en el Campus Virtual de la UCA una asignatura con todos los contenidos del curso, tanto teóricos como programas de cálculo, diversos artículos de interés relacionados con el tema, correo electrónico para comunicarse con los profesores y foro donde discutir sus dudas y plantear sus preguntas.

Los equipos específicos de tecnología supercrítica que usarán los alumnos en el curso son los siguientes:

• Planta piloto modelo SAS 200, desarrollada por Thar Technologies. Consta de dos bombas de alta presión, una cámara de precipitación de acero inoxidable 2 litros, Además está dotada de calefacción eléctrica; una válvula automatizada de regulación de presión; un separador ciclónico de acero inoxidable con un volumen de 0,5 litros con encamisado eléctrico y una válvula manual de regulación de presión. Capaz de operar hasta 600 bar y 423 K.

• Planta piloto modelo RESS 250, desarrollada por Thar Technologies®: El sistema RESS250 comprende los siguientes componentes principales: bomba de alta presión, extractor de 250 mL de acero inoxidable; un agitador magnético (velocidad máxima 2500 rpm) y un precipitador de acero inoxidable. Capaz de operar hasta 380 bar y 100 ºC de temperatura.

• Equipo para la medida de solubilidades, desarrollada por Thar Technologies®: dispone de una celda de equilibrio variable, con cámara incorporada para la realización de videos. Válida para medir la solubilidad de líquido, polvos y sólidos. Valores máximos de operación 600 bar y 150 ºC.

• Extractor a alta presión a escala de laboratorio, Thar Tech modelo SFE500 con un extractor de 500mL y un separador ciclónico de 0.5L.

• Columna empacada de fraccionamiento de 2m de longitud adecuada para la realización de extracciones de líquido-fluido supercrítico capaz de trabajar hasta 400 bar de presión.

• Equipo de hidrólisis/oxidación/gasificación discontinuo de laboratorio de 1 L, capaz de operar hasta 580°C y 230 atm.

• Equipo de hidrólisis/gasificación/oxidación continuo de laboratorio capaz de operar hasta 550°C y 250 atm. (capacidad 4 kg/h).

Curso dirigido a:

Alumnos de doctorado que hayan cursado un máster relacionado con ingeniería, ciencias químicas, enología, biotecnología y ramas afines.

Alumnos de titulaciones en extinción relacionadas con ingeniería, ciencias químicas, enología, biotecnología y ramas afines.

La selección del alumnado se hará por expediente académico y afinidad de su titulación a los contenidos del curso.

Para la evaluación se tendrán en cuanta los siguientes criterios:

• asistencia: 10%
• exposición del trabajo: 40%
• test de evaluación final: 50%

• Dense gases for extraction and refining. Springer-Verlag, 1987. ISBN: 0-387-18158-X.

• Gas extraction. Deutsche Bunsen-Gesellsachft für Physikalische Chemie, 1993.

• Procesos con fluidos supercríticos en la industria agroalimentaria: una tecnología verde y sostenible para la industria agroalimentaria”. Editorial Académica Española, 2013. ISBN: 978-659-07396-0.

• Supercritical Fluid Extraction. En “Separation and Purification Technologies in Biorefineries”, cap. 4, pp. 79-100. S. Ramaswamy, H. Huang, B. Ramarao (eds.). Edita: John Wiley & Sons (2013). ISBN: 978-0-470-97796-5.

• Particles formation using supercritical fluids. En: Mass Transfer – Advanced Aspects, cap 20: 461-480. Ed. Hironori Nakajima. Publicado por InTech, Septiembre 2011. ISBN: 978-953-307-636-2.

• Supercritical Fluid Technology for Energy and Environmental Applications. Elsevier 2014. ISBN: 978-0-444-62696-7.

• Incineración de residuos sólidos urbanos. Hernández Gonzálvez, Cayetano. Instituto para la Diversificación y el Ahorro de la Energía (IDAE). Madrid 1996.

• http://eippcb.jrc.ec.europa.eu/ Reference documents on best available techniques. EIPPCB, 2006.

• Gasificación de materiales orgánicos residuales. Santiago Ramírez Rubio, Fabio Emiro Sierra, Carlos Alberto Guerrero. Universidad Nacional de Colombia, Facultad de Ingeniería, Vol. 31, Num. 3, 17-25 p. 2011.