Thesis: Supercritical carbon dioxide extraction of red clover isoflavones using an aqueous-ethanol suspension as cosolvent
| datacite.subject.fos | Engineering and technology::Chemical engineering::Chemical engineering (plants, products) | |
| dc.contributor.department | Departamento de Ingeniería Química y Ambiental | |
| dc.contributor.guia | Nuñez Montoya, Gonzalo Alexis | |
| dc.coverage.spatial | Campus Casa Central Valparaíso | |
| dc.creator | González Lobel, Sebastián Ignacio | |
| dc.date.accessioned | 2025-12-09T12:27:10Z | |
| dc.date.available | 2025-12-09T12:27:10Z | |
| dc.date.issued | 2025-11-18 | |
| dc.description.abstract | Increasing demand of treatments for different types of cancers and menopause symptoms in women have boosted research for natural alternatives to hormone therapy. In Chile, red clover (Trifolium pratense L.) is a plant known for its high content of isoflavones. These are naturally occurring nonsteroidal phenolic compounds (PCs) with high antioxidant activity (AA), which also exhibit high estrogenic or anti-estrogenic properties, due to the resemblance of its molecular structures to human steroid estrogens. Supercritical fluid extraction (SFE) with CO₂ is a non-conventional extraction method that addresses the challenges of maceration and solvent extraction for this type of compounds. Although widely applied to the extraction of phenolic compounds, such as isoflavones, the industrial-scale development of SFE is hindered by its inherently batch nature, due to the high-pressure handling of solids. This work applies a novel supercritical CO₂ extraction format that performs the extraction to finely disrupted red clover leaves suspended in a hydroethanolic mixture acting as a static cosolvent or modifier. The validated hypotheses of this work was that the overall yield and selectivity of isoflavones from red clover extracted from suspensions will exceed those of the packed-bed SFE at the same conditions. Thus, the objective of this study was to evaluate the extraction yield and selectivity of isoflavones from ground red clover leaves, using modified supercritical CO₂ under different pressure (20–35 MPa), temperature (40–50 °C) and liquid phase compositions (35–85 wt% water, CO₂-free basis), comparing packed bed and hydroethanolic suspension approaches. Total solids, phenolics, flavonoids, isoflavones and AA were quantified. Between packed-bed and suspension extraction, total phenolics peaked at 6.16 vs. 9.68 mg gallic acid equivalent (GAE)/g substrate, flavonoids at 7.80 vs. 8.15 mg quercetin equivalent (QE)/g substrate, isoflavones at 5.31 vs. 7.41 mg formononetin + biochanin A (F+BA)/g substrate and AA at 40.33 vs. 33.25 μmol Trolox equivalent (TE)/g substrate. Lastly, the extraction of suspensions was far more selective for PCs, flavonoids and isoflavones. Isoflavone selectivity for suspensions peaked at 89.76 mg (F+BA)/g dry extract, exceeding the benchmark of 40–80 mg isoflavones per capsule in commercially available red clover supplements. Results showed that the transfer mechanism of solutes was mainly dependent on the overall ethanol composition in the solvent mixture and differed fundamentally from the packed-bed extractions, as extractions at the same conditions had contrasting trends between both extraction approaches. | en_US |
| dc.description.abstract | La creciente demanda de tratamientos para diferentes tipos de cáncer y los síntomas de la menopausia en mujeres han impulsado la investigación de alternativas naturales a la terapia hormonal. En Chile, el trébol rojo (Trifolium pratense L.) es una planta conocida por su alto contenido de isoflavonas. Estas son compuestos fenólicos no esteroideos (PC) naturales con alta actividad antioxidante (AA), que también exhiben altas propiedades estrogénicas o antiestrogénicas, debido a la semejanza de sus estructuras moleculares con los estrógenos esteroides humanos. La extracción con fluidos supercríticos (SFE) con CO₂ es un método de extracción no convencional que aborda los desafíos de la maceración y la extracción con solventes para este tipo de compuestos. Si bien se aplica ampliamente a la extracción de compuestos fenólicos, como las isoflavonas, el desarrollo a escala industrial de la SFE se ve obstaculizado por su naturaleza inherentemente discontinua, debido al manejo de sólidos a alta presión. Este trabajo aplica un nuevo formato de extracción con CO₂ supercrítico que realiza la extracción a hojas de trébol rojo finamente disgregadas suspendidas en una mezcla hidroetanólica que actúa como cosolvente estático o modificador. Las hipótesis validadas de este trabajo fueron que el rendimiento general y la selectividad de las isoflavonas de trébol rojo extraídas de suspensiones superarán las de la SFE de lecho empacado en las mismas condiciones. Por lo tanto, el objetivo de este estudio fue evaluar el rendimiento de extracción y la selectividad de las isoflavonas de hojas molidas de trébol rojo, utilizando CO₂ supercrítico modificado a diferentes presiones (20–35 MPa), temperaturas (40–50 °C) y composiciones de fase líquida (35–85 % en peso de agua, base libre de CO₂), comparando los enfoques de lecho empacado y suspensión hidroetanólica. Se cuantificaron los sólidos totales, los fenólicos, los flavonoides, las isoflavonas y los AA. Entre la extracción en lecho empacado y la extracción en suspensión, los fenólicos totales alcanzaron un máximo de 6,16 frente a 9,68 mg de equivalente de ácido gálico (GAE)/g de sustrato, los flavonoides, 7,80 frente a 8,15 mg de equivalente de quercetina (QE)/g de sustrato, las isoflavonas, 5,31 frente a 7,41 mg de formononetina + biochanina A (F+BA)/g de sustrato, y los AA, 40,33 frente a 33,25 μmol de equivalente de Trolox (TE)/g de sustrato. Por último, la extracción de suspensiones fue mucho más selectiva para PC, flavonoides e isoflavonas. La selectividad de las suspensiones para las isoflavonas alcanzó un máximo de 89,76 mg (F+BA)/g de extracto seco, superando el valor de referencia de 40-80 mg de isoflavonas por cápsula en los suplementos de trébol rojo disponibles comercialmente. Los resultados mostraron que el mecanismo de transferencia de solutos dependía principalmente de la composición general de etanol en la mezcla de solventes y difería fundamentalmente de las extracciones en lecho empacado, ya que las extracciones en las mismas condiciones tenían tendencias contrastantes entre ambos enfoques de extracción. | es |
| dc.description.degree | Magíster en Ciencias de la Ingeniería Química | |
| dc.description.sponsorship | ANID-FONDECYT-1221451 | |
| dc.driver | info:eu-repo/semantics/masterThesis | |
| dc.format.extent | 63 páginas | |
| dc.identifier.uri | https://cris.usm.cl/handle/123456789/4214 | |
| dc.identifier.uri | https://doi.org/10.71959/fvjx-5249 | |
| dc.language.iso | en | |
| dc.publisher | Universidad Técnica Federico Santa María | |
| dc.rights | Attribution 4.0 International | en |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ | |
| dc.subject | Aqueous-ethanol cosolvent/modifier | |
| dc.subject | Extraction selectivity | |
| dc.subject | Red clover isoflacones | |
| dc.subject | Supercritical CO2 extraction | |
| dc.subject | Suspensions | |
| dc.subject.ods | 9 Industria, innovación e infraestructura | |
| dc.title | Supercritical carbon dioxide extraction of red clover isoflavones using an aqueous-ethanol suspension as cosolvent | |
| dspace.entity.type | Tesis |
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