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ANÁLISIS QUÍMICO DE PLANTAS AROMÁTICAS Y MEDICINALES.


 ANÁLISIS QUÍMICO DE PLANTAS AROMÁTICAS Y MEDICINALES.


INTRODUCCIÓN 
El Análisis Químico  PAM consiste en la determinación de la estructura y composición química de alguna parte de la planta. Actualmente se considera como una referencia indispensable para determinar la calidad para el empleo de las mismas, especialmente cuando van a ser empleadas en medicamentos fitoterápicos o especialidades farmacéuticas.
Así mismo, es una herramienta muy útil para determinar absorción de sustancias tóxicas por las plantas, residuos de plaguicidas, y las posibles consecuencias derivadas de procesos de contaminación atmosférica, de las aguas o de los suelos. En taxonomía vegetal, permite la identificación química de especies y quimiotipos.
El proceso de obtención y análisis de los extractos de plantas medicinales consta de las etapas siguientes:
- Obtención de la muestra a partir de la materia prima. La muestra a analizar puede ser planta entera, troceada, pulverizada, aceites esenciales o extractos.
- Determinación del contenido en humedad, cenizas, residuo seco, etc., de la materia vegetal.
- Obtención y análisis de la fracción volátil (aceites esenciales).
- Obtención y análisis de la fracción no volátil (nutrientes, elementos minerales, extractos).
- Análisis físico – químico cualitativo y cuantitativo
- Expresión de los resultados

El objetivo final será determinar:
- Identificación de la muestra
- Contenido en humedad.
- Contenido en elementos minerales o cenizas.
- Identificar y cuantificar los principios activos.
- Valorar el rendimiento en aceites y extractos.
- Determinar las características físicas (peso específico, índice de refracción, poder rotatorio y solubilidad en etanol) y químicas (índices de ácido, de éster y de saponificación) de los componentes analizados.

En este tema, se hace referencia a los métodos descritos por la Farmacopea. La Ley 25/90 del Medicamento define a la Real Farmacopea Española (RFE) como el código que deberá respetarse para asegurar la uniformidad de la naturaleza, calidad, composición y riqueza de las sustancias medicinales y excipientes.
La Farmacopea incluye monografías sobre las distintas especies medicinales y las exigencias mínimas de obligado cumplimiento sobre:
- Carácter de la sustancia medicinal
- Excipientes
- Métodos de ensayo y análisis
- Procedimientos de preparación, esterilización, conservación y acondicionamiento

La RFE está constituida por:
- Monografías peculiares españolas
- Monografías contenidas en la Farmacopea Europea (FE)

La RFE está dirigida, fundamentalmente, a la industria farmacéutica.
Los aceites esenciales constituyen la fracción volátil de los principios activos contenidos en una planta, y por tanto, se obtienen mediante técnicas de destilación, en la que se volatilizan estos principios por calor, se condensan en frío y se recogen (aunque hemos visto que en ocasiones se emplean otras técnicas como la expresión o el enfleurage).
Los extractos consisten en la fracción no volátil de los principios activos, es decir, aquellos que por no ser volatilizables o ser inestables con la temperatura, no se pueden obtener mediante destilación, sino que se obtienen mediante diversas técnicas de extracción que veremos a continuación.
En general, la fracción volátil o aceite esencial se analiza posteriormente mediante CGL (ó CGL-MS), ya que esta técnica es válida para compuestos volatilizables, y los extractos ó fracción no volátil, por HPLC, ya que esta técnica es válida para sustancias no volatilizables o termolábiles.

Métodos de obtención de aceites esenciales. Destilación
Los aceites esenciales constituyen la fracción volátil de estudio en plantas aromáticas y medicinales, compuesta por terpenos y derivados, derivados del benceno y otros. Se determinan por cromatografía de gases (CGL) y espectrometría de masas si es necesario, tras extracción por destilación de arrastre de vapor a presión atmosférica.
La destilación consiste en la separación de los componentes de una muestra en función de la diferencia de presión de vapor y punto de ebullición.
Se conoce como punto de ebullición la temperatura a la cual, a una presión determinada, un líquido pasa a vapor, o la temperatura a la cual la presión del líquido equivale a la del gas alrededor.
Cuando se destila a presión atmosférica, corresponde a una columna de 760 mm Hg. Una reducción de presión disminuye también el punto de ebullición, mientras que un aumento de presión lo eleva.
Una mezcla de componentes no tiene un punto de ebullición, sino un rango. Los distintos aceites esenciales tienen gran variedad de composición y puntos de ebullición, y la destilación se lleva a cabo en función de ello. Los distintos aceites poseen distintos puntos de ebullición, por lo cual la destilación de los mismos ocurre en un rango de temperaturas que suele oscilar entre los 150 y los 300º C.
Cuando la destilación separa los componentes dando lugar a dos fases no miscibles se llama hidrodestilación, y se llevará a cabo en destilador de cristal cuando el peso de la muestra sea inferior a 1 Kg (a escala de laboratorio) y en caldera de acero inoxidable cuando sea superior.
En primer lugar, la planta ha de ser preparada para que los aceites abandonen las glándulas en los que están contenidos, para lo cual se lleva a cabo la molienda, que dependerá del tipo de muestra (hojas, flores, y partes no fibrosas o frutos y semillas).
La muestra se coloca en la rejilla de la caldera y se hace pasar vapor a través de ella, que arrastrará los aceites, los cuales condensan en el condensador. Los efectos de la hidrodestilación son la difusión de aceites a partir de las membranas o hidrodifusión, las hidrólisis de ciertos componentes y la descomposición por calor de los mismos. Los tres fenómenos ocurren simultáneamente, y afectarán el uno al otro.
Hidrodifusión: sólo una pequeña parte de los aceites está presente en la superficie de las plantas, disponible para la vaporización. El resto de los aceites llega a la superficie por difusión a través de los tejidos de la planta, ya sea libre o por ósmosis a través de membranas permeables a uno o todos los componentes. El vapor en la destilación no suele penetrar las membranas, por lo que el proceso se basa en la ósmosis. Ofrece buenas condiciones para ello porque la temperatura y el movimiento del agua aceleran las fuerzas de difusión.
Calor: la temperatura es mínima al inicio de la destilación y se vaporizan los componentes con menor punto de ebullición, y va aumentando hasta llegar a la temperatura de saturación de vapor a la presión dada. Para mayor calidad de los aceites, la temperatura se debe mantener lo más baja posible, o el menor tiempo posible a alta temperatura.
Hidrólisis: es una reacción química entre el agua y los componentes de la planta, de los aceites, en general ésteres, que tiende a formar los ácidos y alcoholes correspondientes. Son importantes la cantidad de agua empleada y el tiempo de contacto entre el aceite y el agua.

Métodos de obtención de extractos vegetales. Extracción
Entre los procesos extractivos de los diferentes fitoquímicos, aceites esenciales, etc. destacan las nuevas tecnologías de extracción entre las que se encuentra la extracción en fluidos supercríticos. Pero todavía a menudo se utilizan otros procesos extractivos más convencionales, como los de arrastre de vapor, los de extracción por solución y los de extracción por centrifugación.
a. EFS, fluidos supercríticos

Extraer la cafeína del café, obtener alimentos sin colesterol o purificar antioxidantes naturales a partir de plantas aromáticas son procesos de extracción que se pueden realizar con fluidos supercríticos.
Un fluido supercrítico es una sustancia, mezcla o elemento que, mediante operaciones mecánicas, bajo unas condiciones operativas de presión y temperatura, se sitúa por encima de su punto crítico, pero por debajo de la presión que hace falta para condensarlo en un sólido.
La extracción mediante fluidos supercríticos es más respetuosa con el medio ambiente que los métodos de extracción convencionales, ya que utiliza gases como el CO2 a elevada presión, en estado líquido o supercrítico, en lugar de disolventes clorados, que producen residuos tóxicos.
El CO2 es lo que se denomina un disolvente ecológico (comúnmente denominado en inglés green solvent). No es tóxico, no contamina, no es inflamable, es económico, fácil de reciclar, y, por lo tanto, no plantea un problema medioambiental de gestión de residuos.
Como características de un fluido supercrítico podemos destacar:
 Tienen un gran poder disolvente y una enorme capacidad de penetración en sólidos, lo que permite el agotamiento rápido y prácticamente total de los sólidos extraíbles.
 Se pueden separar totalmente y de forma sencilla de los extractos, sólo modificando la presión o la temperatura, hasta el extremo, si es necesario, en que el fluido pasa al estado gaseoso.

El principal inconveniente de los fluidos supercríticos es el tiempo de extracción, que es generalmente largo. De hecho, en algunos casos puede llegar a tardar 24 horas. Con el fin de acelerar los procesos de extracción con fluidos normales, se utiliza la agitación mecánica, pero ésta presenta muchas dificultades cuando se trata de fluidos supercríticos, por lo que sus aplicaciones industriales son limitadas.
En España, un equipo de investigadores del (CSIC), la Universitat Politècnica de València (UPV) y el centro tecnológico AINIA, ha investigado y experimentado la aplicación de ultrasonidos de alta intensidad para poder acelerar el proceso de extracción con fluidos supercríticos. El proceso ya se ha para la extracción de aceite de almendras naturales, enteras y troceadas en distintos tamaños de partícula.

b. Extracción por solución

Precisa una mayor inversión que la extracción por arrastre de vapor, pero genera un rendimiento casi duplicado respecto a los sistemas anteriores, además de obtenerse «prácticamente todos» los compuestos presentes en la matriz herbácea: volátiles, grasas, ceras, pigmentos, etc.
Por otra parte, precisa de equipos de vacío para poder obtener los aceites absolutos, con altos costes operativos en comparación con los de extracción por arrastre o EFS. Y sobre todo es necesario utilizar
disolventes orgánicos como alcoholes, hidrocarburos, éteres, etc.
También conlleva necesariamente establecer etapas adicionales de purificación si la esencia o el producto se van a destinar al consumo o la higiene humana. Esta restricción ha implicado tener que buscar nuevas soluciones y optimizar al máximo su recuperación, pero también ha elevado su coste y su aplicación.
Para ello se lleva a cabo una extracción con disolventes orgánicos, que penetran en la materia vegetal y disuelven las sustancias, que son evaporadas y concentradas a baja temperatura.
Después, se elimina el disolvente, obteniendo la fracción deseada. La selección del disolvente pretende que sea capaz de disolver rápidamente todos los principios y la menor cantidad de materia inerte, que tenga un punto de ebullición bajo y uniforme que permita eliminarlo rápidamente, pero evitando pérdidas por evaporación, no soluble en agua, químicamente inerte, para no reaccionar con los componentes de los aceites, no inflamable y barato.
Este disolvente ideal no existe, y los más empleados son el éter de petróleo, con punto de ebullición de 30 a 70 ºC, se evapora fácilmente y es inflamable, benceno, que disuelve también ceras y pigmentos, y alcohol, que es soluble en agua.
La extracción puede ser sólido – líquido o líquido – líquido en función del estado de la muestra.

 Extracción sólido – líquido
Cuando se trata de una muestra sólida, se pulveriza y a continuación, se extraen los analitos mediante un disolvente en el que sean muy solubles, que los diferencie de las sustancias presentes en la matriz, que han de ser muy insolubles en ese disolvente.
Se suele hacer con agitación, temperatura o ultrasonidos para una mayor eficacia. Normalmente se somete a centrifugación tras la extracción para eliminar los sólidos que hayan podido quedar.
 Extracción líquido - líquido.
Consiste en extraer los analitos de una muestra líquida mediante un disolvente inmiscible en ella, como puede ser una fase acuosa con un disolvente orgánico no miscible.
El pH es fundamental para conseguir buen rendimiento.
c. Extracción por centrifugación

Los extractos y aceites obtenidos por este proceso tienen características aromáticas superiores a las conseguidas por extracción por arrastre de vapor.
Al no ser un proceso térmico, sus propiedades son más estables, por los antioxidantes naturales presentes. Aun así, la fricción interna de la materia prima provoca un aumento de temperatura no controlable que puede implicar una degradación térmica y un oscurecimiento del extracto.
Este cambio requiere el empleo de equipos de purificación adicionales con altos costes operativos que incrementan el precio final del producto.
d. Extracción en fase sólida

Se emplean columnas o cartuchos capaces de retener el analito, que se extrae posteriormente con un pequeño volumen de disolvente.



3. ENSAYOS MORFOLÓGICOS, ANATÓMICOS Y ORGANOLÉPTICOS. 
Estos ensayos sirves para confirmar la identidad de la planta o droga, da una idea de su conservación, y detectas posibles adulteraciones o falsificaciones.
A. Análisis organoléptico

Los caracteres organolépticos incluyen olor, color, sabor y textura.
Olor. Aromático, aliáceo, alcanforado, nauseabundo, desagradable, a especia, etc. Muchas plantas y drogas poseen olores característicos como la menta, anís, canela…
Color. Uniforme o no. Cuando la droga viene en polvo, el color por ejemplo puede dar una idea de la parte de la planta de que se trate, por ejemplo, el color verde indica que el polvo procede de hojas o partes aéreas, el marrón de cortezas, tallos y raíces, y el blanco de féculas y gomas.
Sabor. Dulce, amargo, astringente, ácido, salino, punzante, nauseabundo, aromático.
B. Análisis macroscópico

Las características macroscópicas se pueden observar a simple vista o con la lupa. Se observan caracteres como forma, dimensiones, pilosidad, nerviación, superficie, fractura, sección, grosor y dureza de la planta entera o partes de la planta.

BIBLIOGRAFÍA Y ENLACES
Bisset, N. G. (1994). Herbal drud and phytopharmaceuticals. A handbook for practice on a scientist basis. Medpharm Sientific Publishers, Stuttgart, U. K.
Bruneton, J. (2001) Farmacognosia. Fitoquímica. Plantas medicinales. 2ª Edición. Acribia, Zaragoza.
Evans, W. C. Pharmacognosy (14ª Ed.). WB Saunders, London, U. K.
Palomino, O. (2001). Métodos analíticos para la identificación de Plantas Medicinales. Apuntes del Curso de la Asociación Española de Farmacéuticos de la Industria (AEFI).

 Tallos. Tipo, sección, disposición de las hojas.
 Hojas. Forma, nerviación, pelos, textura.
 Inflorescencias. Disposición de las flores, brácteas.
 Flores. Cáliz, corola, estambres, carpelos.
 Frutos. Tipo, forma y dimensiones.
 Semillas. Tamaño, color, forma.
 Corteza. Color, estriaciones, arrugas.
 Leño. Zonas de crecimiento, vasos, radios medulares.
 Órganos subterráneos. Forma, aspecto, consistencia.

La observación minuciosa de las características morfológicas propias de cada órgano permitirá una correcta identificación de la mayoría de las drogas.
C. Análisis microscópico

Las características microscópicas y cortes histológicos son importantes. Observan al microscopio elementos celulares como pelos, vasos, esclereidas, estomas, y acelulares, como cristales y granos de almidón. Con ellos se puede confirmar la identidad de las drogas cuando los análisis macroscópicos han sido insuficientes. También son necesarios para descartar la presencia de adulteraciones.
Cortes histológicos. No se puede aplicar siempre, solo en droga entera o fragmentos, pero no en droga pulverizada. En ellos se pueden observar contenidos celulares, estructuras.
Drogas pulverizadas. Las características organolépticas y macroscópicas son insuficientes para su identificación, por lo que se hace necesario el estudio microscópico. Se observan los contenidos celulares (granos de fécula y aleurona, cristales, grasas y esencias), los elementos celulares (vasos, traqueidas, células epidérmicas, estomas, parénquima, colénquima, súber, esclerénquima, células pétreas, fibras y pelos o tricomas).






ENSAYOS FÍSICO – QUÍMICOS CUALITATIVOS Y CUANTITATIVOS
Se denominan así a los ensayos que se realizan sobre la droga entera, pulverizada o extractos de la planta. Son ensayos cualitativos o cuantitativos que permiten conocer la composición de la droga o planta, caracterizar principios activos y reconocer falsificaciones.
Se realizan con una finalidad cualitativa (identificar sustancias), cuantitativa (determinar su concentración) o ambas.
Los ensayos cuantitativos son los siguientes
 Humedad
 Cenizas
 Residuo seco
 Materia extraíble
 Parámetros físicos (densidad, poder rotatorio, índice de refracción)
 Índices químicos (acidez, saponificación, sobre todo para aceites esenciales)
 Índices de hinchamiento (para mucílagos)
 Índices de espuma (para saponinas)
 Contaminantes. Metales pesados, plaguicidas, aflatoxinas.

Los ensayos cualitativos son los siguientes
 Reacciones de identificación. Coloreadas, de precipitación, fluorescencia, microsublimación, etc, que permiten detectar determinados constituyentes característicos de una planta (flavonoides, alcaloides, etc.).
 Métodos cromatográficos. Permiten separar los diferentes componentes de un extracto, esencia, etc.
 Métodos espectroscópicos. Permiten la identificación de sustancias.

ENSAYOS CUANTITATIVOS. 
a. Humedad
Se entiende por humedad el agua libre que contiene el material vegetal. Para una buena conservación ha de ser inferior al 10%, para evitar los procesos enzimáticos, y para expresar la valoración de los principios activos referidos a materia seca. Existen varios métodos para la determinación de la humedad.
Método gravimétrico. Se pesa una cantidad exacta de droga seca, pulverizada o troceada y se pone en estufa a unos 110 ºC, pesándola cada media hora hasta peso constante. La diferencia entre el peso inicial y final es el contenido en agua o humedad aparente. Pueden perderse sustancias volátiles, por lo que en ocasiones este método no puede utilizarse.
Método volumétrico (foto). Se determina el contenido en agua por arrastre azeotrópico. Una cantidad exacta de materia vegetal se coloca en un matraz con benceno, tolueno o xileno, y se lleva a destilación en circuito cerrado. El vapor de agua condensa y al ser inmiscible forma una fase separada y visible, de la cual se determina el volumen.
Método Karl-Fisher. Muy útil en muestras con bajo contenido en humedad, se basa en la reacción cuantitativa del agua con dióxido de azufre y yodo en medio anhidro y presencia de una base. El yodo y anhídrido sulforoso en presencia de agua reaccionan, formando sulfúrico y ácido yodhídrico. Para desplazar el equilibrio se emplea una base como la piridina.
b. Determinación de cenizas

Representan el contenido en sales minerales o en materia inorgánica de la droga. En condiciones rigurosas, es constante y nos permite descubrir falsificaciones por otras drogas, tierras u otros minerales.
Las cenizas dan una idea del contenido en materia mineral de la planta, que suele ser alrededor del 5%.
Su determinación es importante porque la materia mineral puede ser responsable de alguna acción farmacológica (por ejemplo, las sales de potasio son responsables de la acción diurética del equiseto, diente de león y ortosifón).
También si su contenido es elevado, puede ser indicador de contaminación por adición de materia mineral o tierra, especialmente en raíces.

Determinación de aceites esenciales.
Los métodos fundamentales para el análisis de aceites esenciales son los siguientes.
 Determinaciones físicas o Aroma
o Peso específico
o Índice de refracción
o Desviación óptica (poder rotatorio)
o Solubilidad en mezclas alcohol-agua (alcoholes rebajados)

 Determinaciones químicas o Índice de acidez libre
o Índices de saponificación y éster
o Determinación de aldehídos y cetonas
 Formación de fenilhidrazonas
 Formación de oximas
 Formación de semicarbazonas
 Método del bisulfito

o Índice de acetilo
o Técnicas cromatográficas: CCF, CGL, HPLC
o Métodos espectroscópicos: UV, IR, GC-MS, NMR



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