Mejorar la biografía

Scientific Reports volumen 13, Número de artículo: 4606 (2023) Citar este artículo

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La escasez de energía y los problemas de energía convencional son la principal razón para encontrar una fuente de energía renovable que sea barata y respetuosa con el medio ambiente, por lo tanto, la producción de biodiesel es una de las soluciones más prometedoras de este problema. Además, el ricino egipcio es uno de los cultivos más importantes para la producción de aceite en comparación con otros cultivos oleaginosos de uso común. El objetivo principal de este estudio es mejorar la producción de bioaceite a partir de semillas de ricino egipcias mediante el uso de microondas y ultrasonidos como pretratamientos. Para lograrlo, se estudiaron los efectos de la velocidad del tornillo de extracción (20, 40 y 60 rpm) y la temperatura (100, 150, 200 y 250 °C) sobre el rendimiento y la calidad de extracción del aceite, los requerimientos de energía de extracción y el tiempo de extracción. Además, el efecto de las condiciones de pretratamiento de microondas a tres niveles de potencia (Baja, Media y Alta) y diferentes tiempos (1, 2 y 3 min) y la condición de pretratamiento ultrasónico con diferentes temperaturas (40, 60 y 80 °C) y diferentes tiempos (15, 30 y 45 min) para semillas de ricino antes de la extracción con el estado óptimo de la prensa de tornillo sobre el rendimiento de extracción de aceite de semillas de ricino, energía de extracción, tiempo de extracción y calidad del aceite extraído. Los resultados indican que las condiciones óptimas de extracción de aceite por prensa de tornillo fueron una temperatura de extracción de 200 °C y una velocidad de tornillo de 60 rpm. Se pudo observar que el rendimiento de aceite de extracción, los requerimientos de energía de extracción y el tiempo de extracción fueron 35,59%, 18,68 y 1,86 min, respectivamente. Los pretratamientos de microondas tuvieron mejor rendimiento de aceite y energía requerida para la extracción en comparación con los pretratamientos ultrasónicos, donde los pretratamientos de microondas registraron un alto rendimiento de aceite y menores requisitos de energía en comparación con los pretratamientos ultrasónicos. El rendimiento de aceite varió de 32,67 a 37,41% en comparación con 13,29 a 39,83% en la literatura. El tiempo requerido para la extracción varió de 1,77 a 2,00 y de 1,79 a 2,21 min para los pretratamientos con microondas y ultrasónico, respectivamente. El pretratamiento mejoró las propiedades del aceite extraído.

Las industrias consumen menos energía que los edificios. El transporte ocupa el tercer nivel en el consumo de energía después de los edificios y el transporte. Las actividades agrícolas, pesqueras y forestales son las de bajo nivel de consumo energético. El consumo de energía aumentó a 9.1 Giga ton en todas estas actividades durante el año 20191.

El consumo de combustible para el transporte se duplicó durante las décadas perdidas, debido al aumento de la población, la urbanización y la movilidad global. Este sector consumió alrededor del 28% de la demanda total de energía. Los movimientos de pasajeros y mercancías consumieron alrededor del 70% de la energía total consumida en el transporte. Debido al uso de combustibles a base de petróleo en aproximadamente el 95% de la energía utilizada para el transporte, el medio ambiente y la seguridad energética se ven profundamente afectados 2.

La escasez de energía es un problema muy serio. El balance energético de Egipto en 2022 indica que el sector industrial consume el mayor consumo de energía final (34,2 %), seguido del transporte (24,2 %), los edificios residenciales (18,8 %) y la agricultura y la minería (4,7 %), que representa el 81,9 % del el consumo total3. Hoy en día, la crisis del precio del combustible con el problema de la conciencia son los factores más efectivos en la estructura del uso de la energía en todo el mundo. Los investigadores han dedicado mayores esfuerzos a desarrollar una energía renovable. La energía renovable es el factor clave para el futuro no solo de Egipto sino también del mundo entero4. Por lo tanto, el uso de biodiesel como recurso alternativo de energía reduce los contaminantes y carcinógenos potenciales. Tiene bajas emisiones debido al carbón orgánico utilizado en la fotogeneración. Además, no aumenta los niveles de dióxido de carbono en la atmósfera5,6.

Las plantas como los aceites de soja, maíz, palma y ricino se utilizan para producir biodiesel por reacción con alcoholes catalizados. Estos aceites pueden ser aceites comestibles o no comestibles. El uso de aceites no comestibles en biodiesel es mejor para ayudar en problemas de déficit de alimentos. Los precios del biodiesel están en función del costo del crudo (75%). El uso de materias primas de bajo precio reduce el precio del biodiesel. En Egipto, el precio del aceite de ricino es más barato que el del aceite de Jatropha7. La diferencia en el precio del aceite que se obtiene del ricino es menor (en un 15%) que el de Jatropha en Egipto.

La planta de ricino (Ricinus communis) es un arbusto perenne que puede crecer hasta 3–5 m de largo y se encuentra en todas las áreas tropicales y subtropicales del mundo. India ocupa el primer lugar en el mundo con una producción promedio de alrededor de 106 t de semillas de ricino y 3,5–5,0 × 105 t de aceite de ricino8,9. El ricino es un cultivo muy importante y sus semillas se utilizan para la producción de aceite como fuente de biodiesel. Se cultiva en terrenos marginales con bajos requerimientos hídricos. Es resistente a las plagas y tolerante a la sequía. Las semillas de ricino contienen un 40–55 % de aceite, que es muy alto en comparación con otros cultivos de uso común como la soja (15–20 %), el girasol (25–35 %), la colza (38–46 %), la palma (30–60 %). %). Se caracteriza por su alto contenido en ácido ricinoleico por lo que es más adecuado para aplicaciones industriales que alimentarias. El ricino se considera una fuente sostenible de biodiesel ya que el costo de producción de las semillas de ricino es menor que el de la jatrofa, la soja y la colza 5,7,10.

El aceite se extrae por varios métodos, como métodos mecánicos, químicos y enzimáticos. El uso de solventes orgánicos en la extracción de biodiesel se considera la mejor manera, pero afecta el medio ambiente debido a la emisión de compuestos orgánicos volátiles durante el proceso. Desde el punto de vista práctico, la extracción mecánica es el mejor método porque es segura, muestra y de menor costo6. Se puede extraer más aceite usando un pistón de tornillo accionado por motor (68–80 %) en comparación con el 60–65 % cuando se usa un pistón sin procesar accionado por motor. El pretratamiento de cultivos como la fritura aumentó el rendimiento de aceite hasta en un 89 a 91 % después del doble paso6,11.

Los pretratamientos de extracción de aceite con microondas mejoran el rendimiento y la calidad del aceite con un menor consumo de energía, un tiempo más seguro y niveles más bajos de disolvente en comparación con los métodos convencionales12. El aceite de pretratamiento por microondas tiene propiedades similares al aceite extraído de forma convencional, como el valor de acidez, el valor de peróxido y la composición del aceite13. La radiación de microondas provoca una fracción que conduce al calentamiento. Las grasas tienen un calor específico bajo, lo que las hace vulnerables a esta radiación y crea poros permanentes en las semillas, lo que da como resultado mayores rendimientos y una mejor calidad. Pretratamientos por microondas como alternativa al método convencional con un procesamiento más rápido, menor consumo de energía y menor tiempo de exposición14.

La aplicación de pretratamiento ultrasónico en la extracción de aceite podría mejorar la eficiencia de extracción del aceite, la calidad del aceite extraído y el contenido de compuestos fenólicos extraídos15. El uso de métodos tradicionales de extracción de aceite da como resultado un bajo rendimiento de aceite, baja eficiencia de extracción, alto consumo de energía y baja calidad del aceite extraído, por lo tanto, usar pretratamientos de semillas es la idea principal de este trabajo para mejorar el consumo de energía, finalmente, mejorar la calidad del aceite Los pretratamientos de microondas y ultrasónicos son los pretratamientos más utilizados en la extracción de aceite de semillas.

El experimento principal se llevó a cabo en el Centro Nacional de Investigación, Giza, Egipto. Durante la temporada de verano de 2021.

Las semillas de ricino egipcias se obtuvieron de una granja de ligustro en la gobernación de Sinaí. Las semillas de ricino se han utilizado con el permiso de las normas de la Universidad de Benha. Los materiales vegetales cumplen con las regulaciones locales y nacionales. Se realizó un análisis de lípidos mostrando el porcentaje de aceite en las semillas. El bioaceite se extrajo de las semillas de ricino egipcias mediante una prensa de tornillo sin pretratamientos y los pretratamientos se lograron utilizando microondas y pretratamientos ultrasónicos para mejorar la producción de bioaceite a partir de semillas de ricino. El diagrama esquemático en la Fig. 1 muestra la secuencia de extracción de aceite por prensa de tornillo de semillas de ricino.

Diagrama esquemático de la extracción de aceite por prensa de tornillo de semillas de ricino egipcias.

La extracción del aceite se realizó mediante una prensa mecánica de tornillo a escala de laboratorio especialmente diseñada en el Centro Nacional de Investigaciones y cuyas especificaciones se mencionan sus partes explicadas por16. Una fotografía de la prensa de tornillo y su se muestran en la Fig. 2.

Fotografía de la prensa de tornillo.

La prensa de tornillo se usó en la extracción de aceite ya que los estudios han demostrado su éxito y eficiencia en la extracción. Las semillas de higuerilla se prensaron a temperaturas de 50 a 100 °C y velocidades de 40, 80 y 120 rpm, por lo que se elevaron las temperaturas y se eligieron los parámetros y condiciones acordes a la naturaleza y características de las semillas de higuerilla. Por lo tanto, los experimentos se realizaron en arreglo factorial, con tres velocidades de 40, 60 y 80 rpm, a temperaturas de extracción de 100, 150, 200 y 250 °C donde se realizaron tres repeticiones por experimento. Se pesó el rendimiento de aceite y la torta. Se midió el consumo de potencia y energía para cada tratamiento mediante una máquina medidora de energía, y también se registró el tiempo necesario para el prensado de cada tratamiento.

Se utilizó un microondas con potencia de 700 W y 20 L de capacidad como se muestra en la Fig. 3. El CARIA es propiedad de la Universidad de Benha y este trabajo se realiza bajo las normas de esta universidad. Los tratamientos fueron seleccionados de acuerdo a14. Las semillas de ricino se calentaron en el microondas y las muestras se pesaron antes y después del calentamiento para medir la pérdida de humedad. Las muestras se calentaron en el microondas durante 1, 2 y 3 min a tres niveles de potencia baja, media y alta y luego las muestras se prensaron en la prensa de tornillo inmediatamente después del calentamiento en el microondas a los parámetros óptimos que se determinaron en la prensa de tornillo. . La energía requerida para calentar en el microondas y la potencia de cada muestra se midieron con un medidor de energía y luego se pesaron tanto el aceite como la torta.

Máquina de microondas.

Se utilizó un dispositivo ultrasónico (Modelo: UD50Sh-2.5LQ, Potencia ultrasónica: 50 W, Potencia de consumo total: 160 W y Fuente de alimentación: 220 VCA, 50 Hz) como se muestra en la Fig. 4. El Eumax es propiedad de la Universidad de Benha y este trabajo se hace bajo las reglas de esta universidad. Se utilizaron tres tiempos de exposición diferentes (15, 30 y 45 min) y temperaturas (40, 60 y 80 °C). Las muestras se pesaron antes y después del calentamiento para medir la pérdida de humedad, luego las muestras se transfirieron a la prensa de tornillo con los parámetros óptimos que se determinaron en la prensa de tornillo. Se hicieron tres repeticiones para el experimento. Se midió el consumo de energía para el calentamiento en el ultrasonido y la potencia para cada muestra, y luego se pesó tanto el aceite como la torta.

Limpiador ultrasónico.

La prueba de cromatografía de gases (GC) es una técnica utilizada para medir la composición de ácidos grasos en una muestra de aceite que permite separar mezclas en función de su punto de ebullición17. La composición de ácidos grasos se determinó mediante la transmetilación de las cadenas grasas a ésteres metílicos de ácidos grasos (FAME) según el método modificado por18. Las muestras de aceite de 0,2 g se mezclaron con 6 mL de solución metanólica de hidróxido de sodio. La mezcla se somete a reflujo durante 10 min y luego se agrega HCl (30 ml) y 20 ml de metanol y se somete a reflujo durante otros 10 min, luego se agregan 10 ml de hexano y se somete a reflujo durante otros 2 min y luego se deja enfriar. Finalmente, se agrega agua destilada (10 mL) y se vierte en túnel de separación. La capa superior se recoge y se seca con cloruro de calcio. Los FAME se separaron con un cromatógrafo de gases HP 6890 plus (Hewlett Packard, EE. UU.), utilizando una columna capilar Supelco™ SP-2380 (60 m × 0,25 mm × 0,20 μm), (Sigma-Aldrich, EE. UU.), Detector (FID) y la temperatura del inyector y del detector fue de 250 °C. La temperatura de la columna fue de 140 °C (mantenida durante 5 min) y se elevó a 240 °C, a una velocidad de 4 °C/min, y se mantuvo a 240 °C durante 10 min. El gas portador fue helio a un caudal de 1,2 mL min-1. El volumen de la muestra fue de 1 µl (en n-hexano) y se inyectó a través de un inyector dividido con una relación de división de 100:20. Los FAME se identificaron comparando sus tiempos de retención relativos y absolutos con los estándares auténticos de FAME (Supelco™ 37component FAME mix). La composición de ácidos grasos se informó como un porcentaje relativo del área total del pico18.

El índice de saponificación, el índice de acidez y el peso molecular del aceite se determinaron según 19. El índice de acidez del aceite se determinó valorando la solución de aceite en éter dietílico con una solución alcohólica de hidróxido de sodio o potasio. Cada 1 g de aceite se expresa por la cantidad de KOH que se utiliza para neutralizar el aceite.

La Figura 5 muestra el efecto de la velocidad del tornillo de extracción (20, 40 y 60 rpm) y la temperatura (100, 150, 200 y 250 °C) sobre el rendimiento de aceite de semillas de ricino. Los resultados indican que el rendimiento de aceite disminuye con el aumento de la velocidad del tornillo y la disminución de la temperatura. Se pudo observar que el rendimiento de aceite disminuyó de 37,66 a 30,13 (en un 19,99 %), de 38,13 a 31,88 (en un 16,39 %), de 39,24 a 35,59 (en un 9,30 %) y de 40,85 a 30,37 (en un 25,65 %) % cuando la velocidad del tornillo aumentó de 20 a 60 rpm, respectivamente, para 100, 150, 200 y 250 °C. Los resultados también indican que el valor más alto de disminución del rendimiento de extracción de aceite (25,65 %) se encontró para una temperatura de extracción de 250 °C. Esto puede deberse a que con mayor temperatura, la salida de aceite de la celda es más fácil17.

Efecto de la velocidad y la temperatura del tornillo de extracción en el rendimiento de extracción de aceite de ricino.

Además, la alta temperatura hace que el aceite se evapore de la celda, lo que conduce a una disminución del rendimiento del aceite. Estos resultados concuerdan con los obtenidos por 16 quienes encontraron el valor más bajo de rendimiento de aceite de extracción y el valor más alto de temperatura de extracción. Los resultados indican que la producción máxima de aceite es del orden del 40,84 % por la prensa de tornillo lo que equivale al 83,41 % en fracción de masa de aceite en semillas en comparación porcentaje de aceite 48,96 % en semillas obtenido a una velocidad del motor de 20 rpm y temperatura de precalentamiento de 250 ºC Estos resultados concuerdan con los obtenidos por1. Sin embargo, en estas condiciones de extracción, se consume mucho tiempo con mayor energía. El máximo rendimiento de aceite (40,85%) se obtuvo a temperaturas en el rango de 250 °C a una velocidad de 20 rpm.

La figura 6 muestra el efecto de la velocidad del tornillo de extracción (20, 40 y 60 rpm) y la temperatura (100, 150, 200 y 250 °C) sobre el consumo de energía de extracción de aceite de semillas de higuerilla. Los resultados indican que el consumo de energía de extracción disminuye con el aumento de la velocidad del tornillo y la disminución de la temperatura. Se pudo observar que el consumo de energía de extracción disminuyó de 38,67 a 14,00 (en un 63,80%), de 42,00 a 17,00 (en un 59,52%), de 50,33 a 18,67 (en un 62,90%) y de 66,00 a 35,00 (en un 46,97%). la velocidad aumentó de 20 a 60 rpm para 100, 150, 200 y 250 °C, respectivamente. Los resultados también indican que el valor más alto de consumo de energía de extracción (66,00 Wh) se encontró con una temperatura de extracción de 250 °C y una velocidad de tornillo de 20 rpm, mientras que el valor más bajo de consumo de energía de extracción (14,00 Wh) se encontró con una extracción de 100 °C. temperatura y velocidad del tornillo de 60 rpm. Estos resultados concuerdan con los obtenidos por20.

Efecto de la velocidad y la temperatura del tornillo de extracción sobre la energía de extracción.

La Figura 7 muestra el efecto de la velocidad del tornillo de extracción (20, 40 y 60 rpm) y la temperatura (100, 150, 200 y 250 °C) sobre el tiempo de extracción del aceite de semillas de ricino. Los resultados indican que el tiempo de extracción disminuye al aumentar la velocidad del tornillo y disminuir la temperatura. Se pudo observar que el tiempo de extracción disminuyó de 5,00 a 1,59 (en un 68,20%), de 5,25 a 1,70 (en un 67,62%), de 5,76 a 1,86 (en un 67,71%) y de 6,45 a 2,68 (en un 58,45%) min cuando la velocidad del tornillo aumentó de 20 a 60 rpm para 100, 150, 200 y 250 °C, respectivamente. Los resultados también indican que el valor más alto de tiempo de extracción (6,45 min) se encontró con una temperatura de extracción de 250 °C y una velocidad de tornillo de 20 rpm, mientras que el valor más bajo de tiempo de extracción (1,59 min) se encontró con una temperatura de extracción de 100 °C y una velocidad de tornillo de 20 rpm. Velocidad de tornillo de 60 rpm. Estos resultados concuerdan con los obtenidos por21.

Efecto de la velocidad y la temperatura del tornillo de extracción en el tiempo de extracción.

Los resultados indican que las condiciones óptimas de la prensa de tornillo para semillas de ricino extraídas fueron una temperatura de extracción de 200 °C y una velocidad de tornillo de 60 rpm. Se pudo observar que el rendimiento de aceite de extracción, la energía de extracción y el tiempo de extracción fueron 35,59%, 18,68 y 1,86 min, respectivamente.

La Figura 8a muestra el efecto del nivel de potencia de microondas (bajo, medio y alto) y el tiempo de operación (1, 2 y 3 min) en el rendimiento de extracción de aceite de semillas de ricino. Los resultados indican que el rendimiento de extracción de aceite aumenta con el aumento del tiempo de operación para niveles de potencia de microondas bajos y medios y disminuye con el aumento del tiempo de operación para niveles de potencia de microondas altos. Se pudo observar que el rendimiento de extracción de aceite aumentó de 30,24 a 35,43 y de 35,54 a 39,36% cuando el tiempo de operación aumentó de 1 a 3 min, respectivamente para niveles de potencia de microondas bajos y medios, respectivamente. Mientras tanto, disminuyó de 38,05 a 36,06 % cuando el tiempo de operación aumentó de 1 a 3 min, respectivamente, para un alto nivel de potencia de microondas. Esto se debe a que el alto nivel de potencia de microondas provoca la evaporación de la humedad del aceite de la celda, lo que conduce a una disminución del rendimiento del aceite. Los resultados también indican que el valor más alto de rendimiento de extracción de aceite (39,36 %) se encontró con un tiempo de operación de 3 min y un nivel de potencia de microondas medio en comparación con la ausencia de tratamiento, el rendimiento de extracción de aceite fue del 35,59 % en las mismas condiciones (temperatura de extracción de 200 °C). y velocidad de tornillo de 60 rpm).

( a ) Efecto de la condición de microondas en el rendimiento de extracción de aceite. (b) Efecto de la condición ultrasónica en el rendimiento de extracción de aceite.

La Figura 8b muestra el efecto de la temperatura ultrasónica (40, 60 y 80 °C) y el tiempo de operación (15, 30 y 45 min) en el rendimiento de extracción de aceite de semillas de ricino. Los resultados indican que los valores de rendimiento de extracción de aceite fueron 36.26, 35.54 y 34.95, 36.46, 35.71 y 36.93 y 37.03, 36.50 y 37.71% a los 15, 30 y 45 min de operación, respectivamente para temperaturas ultrasónicas de 40, 60 y 80 °C. Los resultados también indican que el valor más alto de rendimiento de extracción de aceite (37,03 %) se encontró con un tiempo de operación de 15 min y una temperatura ultrasónica de 80 °C en comparación con el no tratamiento.

Los resultados también indican que el rendimiento de extracción de aceite de semillas de ricino mediante el uso de pretratamiento con microondas fue mayor que el del pretratamiento ultrasónico para niveles de potencia media y alta y temperatura media y alta, mientras que el rendimiento de extracción de aceite de semillas de ricino mediante el uso de pretratamiento con microondas fue menor que los de pretratamiento ultrasónico para bajos niveles de potencia y bajas temperaturas. Se pudo observar que los valores de rendimiento de extracción de aceite fueron 32.67, 37.59 y 37.41% para niveles de potencia de microondas bajo, medio y alto, respectivamente, pero fueron 35.59, 36.37 y 37.08% para temperatura ultrasónica de 40, 60 y 80 °C, respectivamente. . Además, el rendimiento de extracción de aceite de las semillas de ricino mediante el pretratamiento con microondas fue mayor que el del pretratamiento ultrasónico durante un tiempo de operación medio y alto, mientras que el rendimiento de extracción de aceite de las semillas de ricino extraídas de las semillas de ricino mediante el pretratamiento con microondas fue menor que el del pretratamiento ultrasónico. para tiempos de funcionamiento reducidos. Se pudo observar que los valores de rendimiento de extracción de aceite fueron 34.61, 36.10 y 36.95% para 1, 2 y 3 min de operación de microondas, respectivamente, pero fueron 36.59, 35.92 y 36.53% para 15, 30 y 45 min de operación de ultrasonido. respectivamente. En general, el rendimiento de aceite de las semillas de ricino varió de 32,67 a 37,41 % en comparación con 13,29 a 39,83 % en la literatura22.

La Figura 9a muestra el efecto de la potencia de microondas (baja, media y alta) y el tiempo de operación (1, 2 y 3 min) sobre el consumo de energía de extracción de las semillas de ricino. Los resultados indican que el consumo de energía de extracción disminuye al aumentar el nivel de potencia de microondas y el tiempo de funcionamiento. Se pudo observar que el consumo de energía de extracción disminuyó de 21,0 a 19,0, 20,0 a 18,0 y 19,0 a 16,5 Wh cuando el tiempo de operación aumentó de 1 a 3 min, respectivamente para niveles de potencia de microondas bajo, medio y alto. Por otro lado, la energía consumida por microondas aumenta con el aumento del nivel de potencia de microondas y el tiempo de funcionamiento. Se pudo observar que la energía consumida por microondas aumentó de 4.33 a 10.67, 14.00 a 40.00 y 17.67 a 51.67 Wh cuando el tiempo de operación aumentó de 1 a 3 min, respectivamente para niveles de potencia de microondas bajo, medio y alto. Los resultados también indican que el valor más alto de energía de extracción (21,0 Wh) se encontró con 1 min de tiempo de operación y bajo nivel de potencia de microondas. Mientras que, el valor más bajo de energía de extracción (16.5 W·h) se encontró con 3 min de tiempo de operación y alto nivel de potencia de microondas.

(a) Efecto de la condición de microondas en la energía de extracción de petróleo. (b) Efecto de la condición ultrasónica en la energía de extracción.

La Figura 9b muestra el efecto de las temperaturas ultrasónicas (40, 60 y 80 °C) y el tiempo de operación (15, 30 y 45 min) sobre el consumo de energía de extracción de las semillas de ricino. Los resultados indican que el consumo de energía de extracción aumenta con el aumento de la temperatura ultrasónica y el tiempo de operación. Se pudo observar que el consumo de energía de extracción aumentó de 18,0 a 20,0, 19,0 a 21,0 y 20,0 a 22,0 W h cuando el tiempo de operación aumentó de 15 a 45 min, respectivamente para 40, 60 y 80 °C de temperatura ultrasónica. Mientras que la energía consumida por ultrasonidos aumenta con el aumento de la temperatura ultrasónica y el tiempo de funcionamiento. Se pudo observar que la energía consumida por ultrasonido aumentó de 11.00 a 34.95, 12.40 a 36.33 y 16.33 a 38.00 W h cuando el tiempo de operación aumentó de 15 a 45 min, respectivamente para 40, 60 y 80 °C de temperatura ultrasónica. Los resultados también indican que el mayor valor de consumo de energía de extracción (38,0 W·h) se encontró con 45 min de tiempo de operación y 80 °C de temperatura ultrasónica. Mientras que, el menor valor de consumo de energía de extracción (18,0 W·h) se encontró con 15 min de tiempo de operación y 40 °C de temperatura ultrasónica.

Los resultados también indican que el consumo de energía de extracción de las semillas de ricino mediante el pretratamiento con microondas fue menor que el del pretratamiento con ultrasonidos. Se pudo observar que el consumo de energía de extracción de semillas de higuerilla fue de 20,0, 19,0 y 17,5 Wh para niveles de potencia de microondas bajo, medio y alto, respectivamente, pero fue de 19,17, 20,17 y 21,00 Wh para ultrasonidos a 40, 60 y 80 °C. temperatura, respectivamente. Además, el consumo de energía de extracción de las semillas de ricino mediante el pretratamiento con microondas fue mayor que el del pretratamiento ultrasónico para un tiempo de operación medio y alto, mientras que la energía de extracción mediante el pretratamiento con microondas fue menor que el del pretratamiento ultrasónico para un tiempo de operación bajo. Se pudo observar que el consumo de energía de extracción fue de 20,0, 19,0 y 17,33 W·h para 1, 2 y 3 min de operación de microondas, respectivamente, pero fueron 19,0, 20,3 y 21,0 W·h para 15, 30 y 45 min de operación de ultrasonidos. , respectivamente.

La Figura 10a muestra el efecto del nivel de potencia de microondas (bajo, medio y alto) y el tiempo de operación (1, 2 y 3 min) en el tiempo de extracción de las semillas de ricino. Los resultados indican que el tiempo de extracción disminuye al aumentar el nivel de potencia de microondas y el tiempo de funcionamiento. Se pudo observar que el tiempo de extracción disminuyó de 2.00 a 1.88, 1.95 a 18.82 y 1.92 a 1.77 min cuando el tiempo de operación aumentó de 1 a 3 min, respectivamente para niveles de potencia de microondas bajo, medio y alto. Los resultados también indican que el valor más alto del tiempo de extracción (2,0 min) se encontró con 1 min de tiempo de operación y bajo nivel de potencia de microondas. Mientras que, el menor valor de tiempo de extracción (1,77 min) se encontró con 3 min de tiempo de operación y alto nivel de potencia de microondas.

(a) Efecto de la condición de microondas en el tiempo de extracción de aceite. (b) Efecto de la condición ultrasónica en el tiempo de extracción de aceite.

La Figura 10b muestra el efecto de las temperaturas ultrasónicas (40, 60 y 80 °C) y el tiempo de operación (15, 30 y 45 min) sobre el tiempo de extracción de las semillas de ricino. Los resultados indican que el tiempo de extracción aumenta con el aumento de la temperatura ultrasónica y el tiempo de operación. Se pudo observar que el tiempo de extracción aumentó de 1.79 a 1.93, 1.92 a 2.11 y 2.00 a 2.21 min cuando el tiempo de operación aumentó de 15 a 45 min, respectivamente para 40, 60 y 80 °C de temperatura ultrasónica. Los resultados también indican que el valor más alto de tiempo de extracción (2.21 min) se encontró con 45 min de tiempo de operación y 80 °C de temperatura ultrasónica. Mientras que, el menor valor de tiempo de extracción (1,79 min) se encontró con 15 min de tiempo de operación y 40 °C de temperatura ultrasónica.

La Tabla 1 muestra el efecto del pretratamiento (microondas y ultrasónico) de semillas de ricino en el análisis de cromatografía de gases en comparación con sin pretratamiento en las mismas condiciones (temperatura de extracción de 200 °C y velocidad del tornillo de 60 rpm). Los resultados indican que el uso de microondas para el pretratamiento de semillas de ricino mejoró el contenido de las propiedades de rendimiento de aceite más que el pretratamiento ultrasónico para semillas de ricino y sin pretratamiento. Por otro lado, el uso de ultrasonidos para el pretratamiento de semillas de ricino mejoró la calidad de las propiedades del aceite más que el pretratamiento de microondas para semillas de ricino y sin pretratamiento. Se pudo observar que el ácido palmítico, ácido esteárico, ácido oleico, ácido linolénico y ácido α-linolénico fueron 1.26, 1.76 y 0.77, 1.35, 2.61 y 1.09, 4.47, 5.12 y 3.43, 5.41, 6.53 y 4.17 y 0.62, 0.54 y 0,49% para no tratamiento, pretratamiento por microondas y pretratamiento ultrasónico, respectivamente. Estos resultados concuerdan con los obtenidos por23,24 quienes encontraron que el aceite de ricino está presente en menor cantidad que incluye ácido esteárico (1%), ácido linoleico (4,2%), ácido linolénico (0,3%), ácido dihidroxiesteárico (0,7%), Ácido oleico (3,0%), ácido palmítico (1%) y ácido eicosanoico (0,3%)17.

Los resultados también indican que el ácido ricinoleico fue de 86,99, 83,44 y 90,05% para el no tratamiento, el pretratamiento con microondas y el pretratamiento con ultrasonidos, respectivamente. Estos resultados concuerdan con los obtenidos por6 quienes mencionaron que el ácido ricinoleico es un componente principal del aceite de semilla de ricino donde aproximadamente el 90% del contenido de ácidos grasos en el aceite de ricino es el triglicérido formado a partir del ácido ricinoleico. Es un ácido graso omega-9 insaturado y un hidroxiácido.

Los resultados indican que los índices de acidez fueron 1,56, 2,11 y 1,13% para el no tratamiento, el pretratamiento con microondas y el pretratamiento con ultrasonidos, respectivamente. El índice de acidez es uno de los indicadores importantes de la calidad del aceite26. Omari et al.27 sugirieron que el alto índice de acidez del aceite de ricino puede deberse al retraso en la extracción de la semilla que influyó en la enzima lipasa para hidrolizar los triglicéridos en ácidos grasos libres25.

Los valores del índice de saponificación fueron 179,9, 178,7 y 182,4 para el no tratamiento, el pretratamiento con microondas y el pretratamiento con ultrasonidos, respectivamente. Estos resultados coincidieron con los obtenidos por7,25. Además, las propiedades fisicoquímicas del aceite, como el bajo índice de acidez y el porcentaje de ácidos grasos libres, el alto valor de saponificación del ácido, indican que el aceite de ricino tiene una buena calidad de aceite.

El valor del peso molecular (MW) del aceite fue 943,70, 953,06 y 928,45 para el no tratamiento, el pretratamiento con microondas y el pretratamiento con ultrasonidos, respectivamente. Las materias primas se convierten en biodiésel mediante una reacción química en la que intervienen alcohol y un catalizador. La especificación del peso molecular del aceite de cultivo es importante para el proceso de producción de biodiesel porque la determinación de la cantidad de reactivos se calcula de acuerdo con el peso molecular del aceite de ricino28. Los resultados indican que el peso molecular (MW) del valor del aceite es el más bajo y el mejor con pretratamiento ultrasónico, luego sin pretratamiento y luego con pretratamiento por microondas.

El experimento se llevó a cabo para estudiar el efecto de la velocidad del tornillo de extracción (20, 40 y 60 rpm) y la temperatura (100, 150, 200 y 250 °C) sobre el rendimiento de extracción de aceite de semillas de ricino, la energía de extracción y el tiempo de extracción. Además, estudiar el efecto de la condición de pretratamiento: microondas (nivel de potencia bajo, medio y alto y tiempos de operación de 1, 2 y 3 min) y temperatura ultrasónica (40, 60 y 80 °C) y tiempo de operación (15, 30 y 45 min). min) para semillas de ricino antes de la extracción en condiciones óptimas de prensa de tornillo (temperatura de extracción de 200 °C y velocidad de tornillo de 60 rpm) sobre el rendimiento de extracción de aceite de semillas de ricino, energía de extracción, tiempo de extracción y componente de producción de aceite de la extracción. Los resultados obtenidos se pueden resumir de la siguiente manera:

El rendimiento de aceite de extracción, la energía de extracción y el tiempo de extracción óptimos fueron 35,59 %, 18,68 Wh y 1,86 min, respectivamente, a una temperatura de extracción de 200 °C y una velocidad de tornillo de 60 rpm.

Los valores de rendimiento de extracción de aceite fueron 32,67, 37,59 y 37,41 % a niveles de potencia de microondas bajo, medio y alto, respectivamente, pero fueron 35,59, 36,37 y 37,08 % para 40, 60 y 80 °C de temperatura ultrasónica, respectivamente.

El consumo de energía de extracción fue de 20,0, 19,0 y 17,33 Wh para 1, 2 y 3 min de operación de microondas, respectivamente, pero fue de 19,0, 20,3 y 21,0 Wh para 15, 30 y 45 min de operación de ultrasonido, respectivamente.

El mayor valor de tiempo de extracción (2.34 min) se encontró con 45 min de tiempo de operación y 80 °C de temperatura ultrasónica. Mientras que, el menor valor de tiempo de extracción (1,77 min) se encontró con 3 min de tiempo de operación y alto nivel de potencia de microondas.

El pretratamiento mejoró las propiedades del aceite extraído. Pero el uso de pretratamientos de microondas tuvo un efecto de mejora en las propiedades del aceite mejor que el de los pretratamientos ultrasónicos y los no tratamientos. Pero, el uso de pretratamiento de microondas tuvo una mejoría mejor que la del pretratamiento ultrasónico.

Los conjuntos de datos utilizados y/o analizados durante el estudio actual están disponibles del autor correspondiente a pedido razonable.

González-Torres, M., Pérez-Lombard, L., Coronel, JF, Maestre, IR & Yan, D. Una revisión de la información energética de los edificios: tendencias, usos finales, combustibles y conductores. Informe de energía 8, 626–637. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2021.11.280 (2022).

Artículo Google Académico

Ribeiro, SK, Creutzig, F., Dubeux, CA, Hupe, J. & Kobayashi, S. Uso final de la energía: transporte. En Evaluación de energía global (GEA) (eds. Johansson, TB et al.) 575–648 (Cambridge University Press, 2012). https://doi.org/10.1017/cbo9780511793677.015.

Capítulo Google Académico

Agencia Internacional de Energía. Requisitos de Eficiencia Energética en Códigos de Construcción, Políticas de Eficiencia Energética para Edificios Nuevos. Documento informativo de la AIE. Agencia Internacional de la Energía, (París, Francia, 2023) págs. 1–84 (2023).

Khater, EG et al. Desarrollo de un modelo de casa bio-solar para las condiciones egipcias. Energías 13(817), 1–27 (2020).

Google Académico

Keera, ST, El-Sabagh, SM y Taman, AR Producción y optimización de biodiésel de aceite de ricino. Egipto. J. Mascota. 27(4), 979–984. https://doi.org/10.1016/j.ejpe.2018.02.007 (2018).

Artículo Google Académico

Osorio-González, CS et al. Producción de biodiesel a partir de aceite de ricino: una revisión. Energías 13(10), 1–22. https://doi.org/10.3390/en13102467 (2020).

Artículo CAS Google Académico

Attia, AMA, Nour, M. & Nada, SA Estudio de las propiedades del combustible diésel-biodiésel de ricino egipcio y el rendimiento del motor diésel para una amplia gama de proporciones de mezcla y condiciones de operación en aras de la proporción de mezcla óptima. Convertidores de energía. Administrar. 174, 364–377. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2018.08.016 (2018).

Artículo CAS Google Académico

Kaur, R. & Bhaskar, T. Potencial de la planta de ricino (Ricinus communis) para la producción de biocombustibles, productos químicos y productos de valor agregado. en Waste Biorefinery, págs. 269–310 (2020).

Kaur, R., Gera, P., Jha, MK & Bhaskar, T. Cinética de pirólisis y parámetros termodinámicos de residuos de ricino (Ricinus communis) mediante análisis termogravimétrico. Biores. Tecnología 250, 422–428 (2018).

Artículo CAS Google Académico

Palconite, CL et al. Optimización y caracterización del bioaceite producido a partir de semillas de Ricinus communis mediante extracción por solventes asistida por ultrasonidos a través de la metodología de superficie de respuesta. Sostener. Reinar. Res. 28(6), 444–453. https://doi.org/10.1016/j.serj.2018.07.006 (2018).

Artículo CAS Google Académico

Bibin, C. et al. La producción de biodiesel a partir de aceite de ricino como materia prima potencial y su uso en motores de encendido por compresión: una revisión exhaustiva. Mate. Hoy Proc. 33, 84–92. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.03.205 (2020).

Artículo CAS Google Académico

Azadmard-Damirchi, S., Alirezalu, K. & Achachlouei, BF Pretratamiento de semillas con microondas para extraer aceite vegetal de alta calidad. Academia Mundial. ciencia Ing. Tecnología 81(9), 513–516 (2011).

Google Académico

Kittiphoom, S. & Sutasinee, S. Efecto de los tratamientos previos con microondas sobre el rendimiento de extracción y la calidad del aceite de semilla de mango. En t. Alimentos Res. J. 22(3), 960–964 (2015).

CAS Google Académico

Mgudu, L., Muzenda, E., Kabuba, J. y Belaid, M. Microondas: extracción asistida de aceite de ricino. en Conferencia Internacional sobre Nanotecnología e Ingeniería Química (ICNCS'2012) 21 y 22 de diciembre de 2012 Bangkok (Tailandia) (2012).

Moghimi, M., Farzaneh, V. y Bakhshabadi, H. El efecto del tratamiento previo con ultrasonido en algunas propiedades fisicoquímicas seleccionadas del comino negro (Nigella Sativa). Nutrire 43(1), 1–8. https://doi.org/10.1186/s41110-018-0077-y (2018).

Artículo CAS Google Académico

Ibrahim, SMA, Abed, KA, Gad, MS & Abu Hashish, HM Rendimiento óptimo de aceite de semillas de Jatropha egipcia usando una prensa de tornillo. En t. J. Mec. Mecatrón. Ing. 17, 47–56 (2017).

Google Académico

Ibrahim, SMA, Abed, KA, Gad, MS y Abu Hashish, HM Comparación de diferentes métodos para producir bioaceite a partir de semillas de jatrofa egipcia. Biocombustibles 11(6), 643–654. https://doi.org/10.1080/17597269.2017.1387748 (2020).

Artículo CAS Google Académico

Zahran, HA & Tawfeuk, HZ Propiedades fisicoquímicas de nuevas variedades de maní (Arachis hypogaea L.). OCL Oilseeds Fats Crops Lipids 26(2), 19. https://doi.org/10.1051/ocl/2019018 (2019).

Artículo Google Académico

AOCS. Métodos oficiales y prácticas recomendadas, 7.ª edición, Urbana, IL 61802-6996 EE. UU. (2017).

Raja, SA, Smart, DSR & Lee, CLR Producción de biodiesel a partir de aceite de Jatropha y su caracterización. Res. J. Chem. ciencia 1(1), 1–7 (2011).

Google Académico

Ofori-Boateng, C., KeatTeong, L. & JitKang, L. Análisis exergéticos comparativos de los métodos de extracción de aceite de Jatropha curcas: Procesos de extracción mecánica y con solventes. Convertidores de energía. Administrar 55, 164–171 (2012).

Artículo Google Académico

El-Ibiari, NN, Abo El-Enin, SA, Gadalla, AG, El-Ardi, O. & El-Diwani, GI Producción de biodiesel a partir de semillas de ricino por extracción reactiva convencional y por ultrasonidos utilizando metodología de superficie de respuesta. En t. J. Innovación. ciencia Ing. Tecnología 1(6), 300–311 (2014).

Google Académico

Ogunniyi, DS Aceite de ricino: una materia prima industrial vital. Biores. Tecnología 97, 1086–1091 (2006).

Artículo CAS Google Académico

Conceicao, MM et al. Caracterización termoalítica del biodiesel de aceite de ricino. Renovar. Sostener. Energy Rev. 11, 964–975 (2007).

Artículo CAS Google Académico

Yeboah, A. et al. Aceite de ricino (Ricinus communis): Una revisión sobre la composición química y propiedades fisicoquímicas. ciencia de la comida Tecnología (Brasil) 41, 399–413. https://doi.org/10.1590/fst.19620 (2021).

Artículo Google Académico

Yusuf, AK, Mamza, PAP, Ahmed, AS & Agunwa, U. Extracción y caracterización de aceite de semilla de ricino de Ricinus communis silvestre. En t. J. Ciencia. Reinar. Tecnología 4(5), 1392–1404 (2015).

Google Académico

Omari, A., Mgani, QA & Mubofu, EB Perfil de ácidos grasos y parámetros fisicoquímicos de los aceites de ricino en Tanzania. Sostenido verde. química 5, 154–163 (2015).

Artículo CAS Google Académico

Da Silva, ND, Batistella, C., Filho, RM & Maciel, MR Determinación del peso molecular del aceite de ricino por la técnica de osmometría de presión de vapor. química Ing. Trans. 24, 601–606 (2011).

Google Académico

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su trabajo está totalmente patrocinado por el Centro de Apoyo y Desarrollo de la Investigación Científica de la Universidad de Benha.

Financiamiento de acceso abierto proporcionado por The Science, Technology & Innovation Funding Authority (STDF) en cooperación con The Egyptian Knowledge Bank (EKB). Esta investigación fue apoyada por el Centro de Apoyo y Desarrollo de la Investigación Científica, Universidad de Benha, Egipto.

Departamento de Ingeniería Agrícola y de Biosistemas, Facultad de Agricultura, Universidad de Benha, PO Box 13736, Moshtohor, Toukh, Kalubia, Egipto

El-Sayed G. Khater, Soha A. Abd Allah y Adel H. Bahnasawy

Departamento de Ingeniería Mecánica, División de Investigación de Ingeniería, Centro Nacional de Investigación, Giza, Egipto

Hassan M. Abu Hachís

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ESK, AB, SAA y HAH: investigación, recursos, redacción: preparación del borrador original, redacción: revisión y edición.

Correspondencia a El-Sayed G. Khater.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Khater, ES.G., Abd Allah, SA, Bahnasawy, AH et al. Mejora del rendimiento del bioaceite extraído de las semillas de ricino egipcias mediante el uso de microondas y ultrasonidos. Informe científico 13, 4606 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-31794-3

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Recibido: 25 noviembre 2022

Aceptado: 17 de marzo de 2023

Publicado: 21 de marzo de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-31794-3

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