TRABAJOS CIENTIFICOS Plantas medicinales, aromáticas y tintóreas.

El rescate de las cosas que se han hecho bien.

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Anales de SAIPA - Sociedad Argentina para la Investigación de Productos Aromáticos
JORNADAS NACIONALES DE ACTUALIZACIÓN SOBRE RECURSOS AROMÁTICOS Y MEDICINALES
Volumen IX - NECOCHEA, 1984 - pág 206 a 216.

DETERMINACIÓN CUANTITATIVA DE CITRONELAL EN ESENCIAS DE CITRONELA (Cymbopogon winterianus) POR ESPECTROSCOPIA INFRARROJA Y ESTUDIO ESTADÍSTICO COMPARATIVO CON LOS VALORES OBTENIDOS POR EL ANÁLISIS QUÍMICO
Isaac MIZRAHI ^* Miguel A. JUÁREZ ^** Violeta SONVICO ^***

* Doctor en Química y ^** Técnico Químico. Ambos integrantes de la Unidad de Plantas Aromáticas del Departamento de Botánica. INTA. Castelar.
^*** Doctora en Estadística. Jefa del Departamento de Estadística del Centro Nacional de Investigaciones Agropecuarias. INTA - Castelar, provincia de Buenos Aires.

SUMMARY

The content of citronelal in twenty six samples of citronella (Cymbopogon winterianus) essential oils vas quantitatively determined by infrared spectroscopy. A comparative statistic study with the values obtained by this technique and chemical analysis was done.

According to the satisfactory concordance of the two methods, infrared spectroscopy can be used instead of chemical analysis in the control of quality of citronella essential oils, specially when the sample is insufficient.

INTRODUCCIÓN

La esencia de citronela se produce en el mundo a partir de dos especies distintas. La de tipo Java se obtiene del Cymbopogon winterianus -conocido con el nombre de "maha-pangiri"- que es cultivado principalmente en Java, Taiwán, Malasia, Guatemala, China, Honduras, Brasil y Argentina, entre otras regiones, mientras que la esencia de tipo Ceylán, lo es del Cymbopogon nardus - llamado "lana-batu" - cultivado casi exclusivamente en Ceylán (1, 2).

Ambas esencias encuentran importantes aplicaciones para perfumar jabones, insecticidas, desinfectantes, detergentes y otros productos industriales. La de Java es además utilizada como materia prima para la extracción del geraniol y el citronelal, constituyentes básicos de las composiciones para perfumería. El citronelal es empleado también en la síntesis del hidroxicitronelal, citronelol, 1-mentol y otros compuestos aromáticos (1, 2, 3, A).

La esencia de tipo Java es de mayor valor comercial por su contenido superior de alcoholes totales como geraniol (no menos de 85 %) y de aldehidos como citronelal (no inferior a 30 %), mientras que la de Ceylán contiene 55 - 65 % de alcoholes totales y 7 a 15 % de aldehidos (3, 5).

La esencia de citronela que se obtiene en el país es de tipo Java, encontrándose localizados la mayoría de los cultivos en los departamentos de Guaraní y 25 de Mayo, de la provincia de Misiones. Según estadísticas de la Secretaría de Agricultura y Ganadería de la Nación, la superficie cultivada en el período 1982-83 fue de 2.450 hectáreas, cifra inferior a los 4 períodos precedentes en la que estuvo comprendida entre 3.300 y 4.100 hectáreas.

En lo que respecta a la producción nacional de esencia, la misma puede ser estimada en el período 1982-83 en unas 350 toneladas.

Importantes volúmenes de esencia de citronela son exportadas anualmente, principalmente a Méjico, Estados Unidos de América, Francia y Uruguay. En el año 1981 la exportación fue de 163.400 kg por un valor de 946.092 dólares (6, 7).

Tal como se ha mencionado, la calidad de las esencias de citronela tipo Java dependen principalmente de su contenido de alcoholes totales y de citronelal. El porcentaje de este último componente en las esencias nacionales está comprendido entre 30 y 42 %, cumpliendo al respecto con las exigencias de las normas internacionales (3, 8, 9).

La valoración del citronelal por análisis químico se efectúa por el método del clorhidrato de hidroxilamina, indicado en las normas IRAM (10, 11). Su determinación requiere un tiempo apreciable y disponer de suficiente volumen de muestra.

Por este motivo, en este trabajo se trató de desarrollar una metodología por espectroscopia infrarroja que permitiera determinar cuantitativamente el porcentaje de citronelal en las esencias de citronela y que además los valores hallados fueran estadísticamente comparables con los obtenidos por el análisis químico, con la particularidad de que sería una determinación más rápida y se emplearían mínimas cantidades de muestra.

PARTE EXPERIMENTAL

Ensayos preliminares permitieron observar que en los espectros infrarrojos de los aceites esenciales de citronela, la absorbancia de la banda 1727 cm^-1característica de citronelal (12) variaba proporcionalmente con el contenido de este componente determinado por el análisis químico.

Se comprobó además que mediante una curva de calibración preparada a partir de esencias de citronela de distintos contenidos de citronelal valorados por análisis químico y las respectivas absorbancias de sus espectros a 1727 cm^-1, era posible determinar posteriormente el porcentaje de citronelal por espectroscopia infrarroja en otras esencias de citronela consideradas como incógnitas mediante la absorbancia a 1727 cm^-1 de sus espectros infrarrojos con resultados comparables a los obtenidos por el método químico. No se observó en cambio una correspondencia satisfactoria al utilizar soluciones de citronelal puro en la preparación de la curva de calibración.

Teniendo en cuenta lo mencionado, se determinó el contenido de citronelal en las esencias de citronela por espectroscopia infrarroja mediante la siguiente metodología:

Se prepararon soluciones al 20 % en cloroformo (p : p), de 10 esencias de citronela con un contenido de citronelal -determinado previamente por el método del clorhidrato de hidroxilamina- comprendido entre 28 y 42 %.

No se pudo ampliar la curva de calibración hasta un contenido de citronelal de 45 %, como lo indican las normas IRAM e internacionales, porque las esencias de producción nacional disponibles en el comercio no superaron el 40 % de citronelal determinado por análisis químico, salvo excepciones, que fueron utilizadas en la preparación de la curva de calibración.

Se obtuvieron los espectros infrarrojos de las soluciones mencionadas determinándose en ellas la absorbancia promedio (x̄_i) de la banda de citronelal a 1727 cm^-1, tomando como base la absorbancia a 2.000 cm^-1, efectuándose 5 repeticiones en cada caso con el objeto de que la variancia de la determinación se mantuviera dentro de límites satisfactorios.

En la obtención de estos espectros, al igual que en todos los de este trabajo, se utilizó un Espectrofotómetro Perkin Elmer Modelo 467 y una celda sellada de 0,0240 mm de espesor con ventanas de cloruro de sodio. Se emplearon soluciones de las esencias al 20 %, al comprobarse previamente que la absorbancia de la banda a 1727 cm^-1 de los espectros de las esencias puras en la celda indicada era demasiada intensa para fines cuantitativos.

La recta que representaba los porcentajes de citronelal en las soluciones mencionadas y sus respectivas absorbencias promedio a 1727 cm^-1, fue calculada matemáticamente por el método de los cuadrados mínimos (13).

Con esta ecuación se calculó posteriormente el porcentaje de citronelal en 26 esencias de citronela nacionales consideradas como incógnitas, en solución al 20 % (p : p), a partir de la absorbancia promedio (x̄_i) a 1727 cm^-1 de sus espectros, de 5 repeticiones por haberse obtenido la curva de calibración de esta manera.

En todas las esencias mencionadas se valoró además el contenido de citronelal por análisis químico, mediante el método del clorhidrato de hidroxilamina. Se efectuaron 3 determinaciones en cada muestra con lo que se obtuvo una reproducibilidad aceptable. Los valores que se indican en tabla I corresponden al promedio de estas 3 determinaciones.

Se realizó el estudio estadístico comparativo (14, 15) entre los valores de citronelal obtenidos por espectroscopia infrarroja y análisis químico en las 26 esencias consideradas. Se calcularon las variancias de 3 determinaciones en el contenido de citronelal para cada método, en espectroscopia infrarroja de 3 valores de citronelal obtenidos a partir de 3 datos de x̄_i. La variancia promedio para el método infrarrojo (0,0087) fue inferior a la del análisis químico (0,0478).

Se estimó posteriormente la ecuación de regresión y se determinó la variabilidad de los puntos alrededor de la recta de regresión S²_z.y = 1,2867), la variancia del coeficiente de regresión (S²_β = 0,00727) y los intervalos de confianza de la recta. Se efectuó la prueba de la hipótesis 8=0, que fue rechazada al nivel del 5 %.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

La expresión matemática que relacionaba el contenido de citronelal en las soluciones de las esencias empleadas en la obtención de la curva de calibración y sus respectivas absorbancias promedios (x̄_i) de las 5 repeticiones efectuadas, fue la siguiente:

Porcentaje estimado de citronelal = ŷ_i = - 2,839 + 17,817 . x̄_i

En la tabla I se indican los porcentajes de citronelal obtenidos por los métodos infrarrojo y químico, en las 26 esencias de citronela consideradas como incógnitas.

Se observó que existía una relación lineal entre los valores obtenidos por los dos métodos (figura 1) que puede ser expresada por:

z_i = β₀ + β₁ y₁ + ε₁

Los valores de β₀ y β₁ se estimaron por el método de los cuadrados mínimos, obteniéndose la siguiente ecuación:

ẑ_i = 9,3120 + 0,7324 . ŷ_i      donde:

ẑ_i = porcentaje estimado de citronelal por análisis químico

ŷ_i = porcentaje de citronelal hallado por espectroscopia infrarroja.

La prueba de la hipótesis β = 0 fue rechazada al nivel del 5 %, lo que permite inferir que esta ecuación describe la relación existente entre los dos métodos.

La concordancia entre las dos técnicas de análisis para evaluar el contenido de citronelal en las esencias de citronela es satisfactoria, teniendo en cuenta la amplitud de los intervalos de confianza (tabla II y figura 1).

De lo anterior surge que si el valor obtenido por espectroscopia infrarroja fuera de 37,00 % y se quisiera conocer el porcentaje que se hallaría si se empleara el método químico, puede afirmarse que el intervalo 34,02 % - 38,80 % cubre el valor esperado con una probabilidad del 95 %, lo cual es más que aceptable.

Lo mencionado es estadísticamente válido para esencias de citronela cuyo porcentaje de citronelal obtenido por espectroscopia infrarroja esté comprendido entre 29,26 y 41,11 %, careciendo de medida de confiabilidad estadística cualquier extrapolación.

La concordancia entre la espectroscopia infrarroja y el análisis químico se observa también cuando se determinan las diferencias entre los porcentajes de citronelal hallados por los dos métodos, para las 26 esencias estudiadas (tabla III). Las diferencias son inferiores en todos los casos a 2,75 , con un valor promedio de 1,11.

Se considera satisfactoria la concordancia obtenida entre los valores de citronelal determinados por espectroscopia infrarroja y el análisis químico. Dado la amplitud de los intervalos de confianza, el método espectrofotométrico puede ser utilizado en lugar del químico para evaluar el contenido de citronelal en esencias de citronela obtenidas en ensayos experimentales y/o de selección realizados con esta especie y en el control de calidad de las esencias producidas en el país, por su mayor rapidez en la determinación y un menor requerimiento de muestra.

Agradecimientos

A las firmas ENYS S.A. y AROFIBE, por suministrar las muestras de esencias de citronela de producción nacional empleadas en este trabajo.

Al Sr. José M. Almada por su valiosa contribución en la determinación química de citronelal en las esencias analizadas.

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FIGURAS Y TABLAS

TABLA I. - DETERMINACIÓN CUANTITATIVA DE CITRONELAL EN ESENCIAS DE CITRONELA POR ESPECTROSCOPÍA INFRARROJA Y ANÁLISIS QUÍMICO

MUESTRA Nº	PORCENTAJE DE CITRONELAL
Nº	Espectroscopía infrarroja ŷi	Análisis químico zi
1	29,26	31,12
2	31,71	30,11
3	31,82	32,73
4	33,09	33,69
5	34,73	37,47
6	34,98	34,93
7	36,08	33,42
8	36,09	35,75
9	36,13	36,52
10	36,30	36,51
11	36,40	36,00
12	36,47	35,15
13	36,49	37,04
14	36,98	36,20
15	37,27	35,65
16	37,47	35,75
17	37,65	36,39
18	37,76	38,72
19	37,77	37,35
20	37,82	37,3
21	37,85	37,68
22	37,90	38,38
23	38,98	37,85
24	39,60	38,04
25	40,16	37,50
26	41,11	39,04

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FIGURA 1 - REPRESENTACIÓN GRÁFICA DE LOS PORCENTAJES DE CITRONELAL OBTENIDOS POR ESPECTROSCOPÍA INFRARROJA Y ANÁLISIS QUÍMICO
RECTA DE REGRESIÓN (ẑ_i = 9,3120 + 0,7324 . ŷ_i) E INTERVALOS DE CONFIANZA (5%).

ŷ_i = Porcentaje de citronelal por espectroscopía infrarroja.

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TABLA II. - INTERVALOS DE CONFIANZA DE LA ECUACIÓN DE REGRESIÓN
ẑ_i = 9,3120 + 0,7324 . ŷ_i

ŷi	ẑi	Intervalo de confianza	Límites del intervalo de confianza (5%)
30,00	31,28	+- 2,64	28,64 - 33,92
31,00	32,02	+- 2,57	29,45 - 34,59
32,00	32,75	+- 2,51	30,24 - 35,26
33,00	33,48	+- 2,46	31,02 - 35,94
34,00	34,21	+- 2,42	31,79 - 36,63
35,00	34,95	+- 2,40	32,55 - 37,35
36,00	35,68	+- 2,39	33,29 - 38,07
37,00	36,41	+- 2,39	34,02 - 38,80
38,00	37,14	+- 2,40	34,74 - 39,54
39,00	37,88	+- 2,43	35,45 - 40,31
40,00	38,61	+- 2,47	36,14 - 41,08
41,00	39,34	+- 2,52	36,82 - 41,68

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TABLA III. - DIFERENCIAS ENTRE LOS CONTENIDOS DE CITRONELAL HALLADOS POR ESPECTROSCOPIA INFRARROJA Y ANÁLISIS QUÍMICO

MUESTRA N°	DIFERENCIA (BASE ANALISIS QUÍMICO)
1	- 1,86
2	+ 1,60
3	- 0,91
4	- 0,60
5	- 2,74
6	+ 0,05
7	+ 2,66
8	+ 0,34
9	- 0,39
10	- 0,21
11	+ 0,40
12	+ 1,32
13	- 0,55
14	+ 0,78
15	+ 1,62
16	+ 1,72
17	+ 1,26
18	- 0,96
19	+ 0,42
20	+ 0,48
21	+ 0,17
22	- 0,48
23	+ 1,13
24	+ 1,56
25	+ 2,66
26	+ 2,07
PROMEDIO	1,11

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BIBLIOGRAFÍA

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2. FURIA, T.E. y N. BELLANCA. Fanaroli's Handbook of Flavor Ingredients. The Chemical Rubber Co, Cleveland. 1971.
3. ESSENTIAL OIL ASSOCIATION OF USA. EOA. Specifications and Standards. Oil citronella Ceylon and Java. New York. 1981.
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