Cómo la IA podría transformar la extracción de compuestos vegetales valiosos

La medicina más antigua conocida por el hombre eran las plantas con compuestos activos que ayudan a aliviar el dolor, reducir la fiebre, combatir enfermedades, etc. Hasta el día de hoy, la farmacobotánica es un campo muy importante de la medicina moderna, y moléculas raras se encuentran regularmente en plantas comunes y menos comunes para desarrollar nuevas terapias.

Un problema es que estos compuestos pueden ser médicamente poderosos pero están presentes en pequeñas cantidades en una planta, o la planta es difícil de cultivar. En ambos casos, esto significa que el medicamento resultante puede ser muy costoso, especialmente cuando no existe una forma viable de sintetizar químicamente el compuesto de interés.

Por lo tanto, cualquier mejora que optimice la extracción de moléculas activas de las plantas puede tener enormes implicaciones económicas y médicas.

Un equipo de investigadores iraníes de la Islamic Azad University, la Tarbiat Modares University y la Isfahan University of Technology ha utilizado IA para optimizar la extracción de compuestos valiosos con CO₂ supercrítico. Publicaron sus hallazgos en CO2 Utilization¹, bajo el título “Sustainable CO₂-based process intensification for the extraction of Nepeta crispa essential oil using ultrasound-assisted supercritical CO₂: Optimization and machine learning modeling”.

Extrayendo la Farmacopea de Plantas

Una amplia gama de hierbas y plantas aromáticas, debido a sus valiosas propiedades y beneficios, que se atribuyen en gran medida a sus aceites esenciales, ha encontrado extensas aplicaciones en las industrias farmacéutica, alimentaria, cosmética, de pinturas y química. Los aceites esenciales son componentes volátiles compuestos por mezclas químicas complejas que contienen varios tipos de moléculas.

Las técnicas tradicionales para la extracción de aceites esenciales de materiales vegetales, como la hidrodestilación, la destilación al vapor y la extracción basada en solventes orgánicos, presentan varias limitaciones inherentes:

• Posible contaminación de los productos extraídos resultante del uso de solventes orgánicos.
• La necesidad de eliminar posteriormente el solvente.
• Toxicidad y inflamabilidad del solvente.
• Altos costos operativos y una importante demanda de energía para lograr rendimientos aceptables

En los últimos años, la extracción asistida por ultrasonido (UAE) ha llamado mucha atención por sus resultados superiores (rendimientos, uso de solventes, velocidad) mediante cavitación acústica, que rompe las paredes celulares de las plantas y facilita la liberación de compuestos bioactivos y aceites esenciales.

Mientras tanto, los fluidos supercríticos (SCF), con especial atención al dióxido de carbono supercrítico (SC-CO₂), han sido cada vez más reconocidos como una alternativa eficaz a los medios de extracción convencionales.

Un fluido supercrítico es una sustancia que se presuriza por encima de un punto donde desaparecen las fases líquida y gaseosa distintas. Por lo tanto, técnicamente es un gas, pero actúa mayormente como un líquido.

Entre las ventajas del CO₂ se encuentran su no explosividad, no toxicidad, bajo costo, no inflamabilidad y no corrosividad. También preserva la integridad natural de los compuestos bioactivos y puede ofrecer alta selectividad en la extracción mediante un control preciso de la presión y la temperatura.

Optimización de la Extracción Basada en CO₂ Supercrítico

La eficiencia real de la extracción con CO₂ supercrítico depende de una amplia gama de factores, incluyendo la presión, el tiempo de extracción, el volumen del co‑solvente, la temperatura, el tamaño de partícula y la velocidad de flujo del CO₂. Por lo tanto, encontrar la configuración ideal para un compuesto dado en una planta particular puede ser bastante difícil y, hasta ahora, ha sido tanto un arte como una ciencia.

Los modelos estadísticos y matemáticos pueden ayudar, pero son complejos de diseñar en la práctica.

Para optimizar dicho método, los investigadores utilizaron un algoritmo de aprendizaje automático llamado ANFIS (Sistema de Inferencia Neuro‑Difuso Adaptativo) y el algoritmo de Optimización por Enjambre de Partículas (PSO).

Perfeccionando la Extracción con CO₂ y IA

Selección de Plantas y Pruebas

Nepeta crispa fue la planta elegida como prueba por los investigadores. Diversas especies de Nepeta tienen un amplio espectro de actividades biológicas, como efectos antibacterianos, antivirales y antifúngicos. En la medicina tradicional, N. crispa se ha utilizado como remedio antitusivo, antiespasmódico, diurético, diaforético, anti‑asma, emenagogo y sedante.

Fuente: WorldPlant

Los investigadores comparan la extracción de compuestos activos de esta planta mediante 3 métodos diferentes:

• SC-CO₂ bajo condiciones óptimas
• Hidrodestilación
• Extracción asistida por ultrasonido

Se identificaron 19 compuestos químicos, que constituyen el 97‑99 % del total de aceites esenciales extraídos, siendo el CO₂ supercrítico el método más productivo, con un rendimiento de extracción casi perfecto. La composición general y el perfil cualitativo de los aceites esenciales fueron comparables entre todas las técnicas.

Fuente: CO2 Utilization

Construcción y Prueba del Modelo de IA

Varias configuraciones que involucraban diferentes tipos y cantidades de variables de entrada (temperatura, presión, velocidad de flujo másico y volumen del co‑solvente), con ANFIS empleando retropropagación y algoritmos híbridos para optimizar sistemas neuro‑difusos.

Fuente: CO2 Utilization

En general, la temperatura no impactó mucho la extracción, mientras que la presión y la velocidad de flujo del CO₂ fueron más importantes, y la adición de un co‑solvente (etanol) también resultó importante.

Para verificar si el modelo que predice la extracción con CO₂ supercrítico era preciso, los científicos lo probaron contra múltiples experimentos. La predicción del rendimiento de extracción coincidió, en cada caso, casi perfectamente con los resultados experimentales.

Las condiciones operativas óptimas para el proceso fueron encontradas como una presión de 34 MPa, una temperatura de 112 °F / 44,8 °C, una velocidad de flujo másico de 1,1 g/min y un volumen de co‑solvente de 370 µL.

El Futuro de la Utilización de Recursos

Este estudio es uno entre muchos ejemplos de cómo incluso sistemas de IA relativamente simples pueden usarse para aplicaciones de nicho con importantes repercusiones. Por ejemplo, en este caso, la optimización de la extracción de moléculas medicinales de plantas, que potencialmente conduce a terapias nuevas o más económicas, al mismo tiempo que reduce el impacto ecológico de la extracción de recursos al utilizar recursos renovables y no contaminantes.

A medida que estos sistemas escalen, el potencial económico podría extenderse más allá de la propia extracción botánica, creando oportunidades para proveedores de gases industriales, empresas de ingeniería de procesos, proveedores de automatización y compañías de IA que ayuden a los fabricantes a reducir costos y mejorar la productividad.

El CO₂ supercrítico también probablemente será usado cada vez más, por ejemplo, la innovadora prueba de turbina de CO₂ supercrítico “Chaotan One” en China, que reemplaza el vapor supercrítico tradicional con CO₂ para mejorar radicalmente la producción de energía de la turbina.

Invertir en Aplicaciones Industriales del CO₂

Linde Plc

Linde es una de las mayores compañías de gases industriales del mundo, junto a competidores como Air Products and Chemicals (APD ) (siga el enlace para nuestro informe sobre esa compañía), con hasta 34 mil millones de dólares en ventas en 2025. Fue fundada en Alemania en 1879 y se fusionó con otro gigante del sector, Praxair, en 2018.

Hoy, Linde está activa en la producción tanto de gases puros extraídos de la atmósfera, incluidos gases raros, como de gases producidos por industrias como LNG (helio), hidrocarburos (etileno, propano, CO, CO₂), así como la producción de hidrógeno.

Fuente: Linde

Las ventas están dominadas geográficamente por las Américas (45 % de las ventas) y la región EMEA (25 %). Dado que casi todos los procesos industriales requieren estos gases, la base de clientes de Linde es muy diversificada, siendo las industrias más grandes atendidas químico y energía (21 % de las ventas), manufactura (21 %), salud (17 %) y minería (13 %).

Dependiendo del gas y del cliente, Linde produce ya sea directamente en el sitio industrial utilizando estos gases o en instalaciones centralizadas y luego los transporta al usuario final.

Fuente: Linde

Los gases industriales son un sector donde la escala es una ventaja competitiva duradera, ya que ayuda a la empresa a acumular una reputación de fiabilidad (entregas rápidas, suministro reactivo) y a reducir los costos de capital y los gastos de I+D a través de un mayor volumen de producción y una extensa red de distribución.

Tanto el hidrógeno verde como la captura de carbono son oportunidades de mayor crecimiento para la empresa que el simple crecimiento de la producción industrial global, ya que le brindan nuevos ámbitos donde puede expandirse en el sector energético.

Fuente: Linde

Últimas Noticias y Desarrollos de la Acción Linde (LIN)

Estudio Referenciado

^{1. Mitra Amani, Nedasadat Saadati Ardestani, Seyyed Mohammad Ghoreishi. Intensificación de proceso basada en CO₂ sostenible para la extracción del aceite esencial de Nepeta crispa mediante CO₂ supercrítico asistido por ultrasonido: Optimización y modelado de aprendizaje automáticog. CO2 Utilization. 10 de julio de 2026. Artículo: 103519. Volumen: Volumen 110. 10.1016/j.jcou.2026.103519}