Molienda y tamizado vegetal: cuando separar partículas también cambia la composición
Moler una hoja no significa obtener un material uniforme
Cuando una hoja seca se somete a molienda, sus tejidos se fragmentan. Sin embargo, el producto obtenido no tiene por qué ser una mezcla homogénea.
Las distintas estructuras vegetales presentan propiedades mecánicas diferentes. Algunas se rompen fácilmente, mientras que otras pueden conservar fragmentos relativamente grandes, alargados o fibrosos.
Si posteriormente se utiliza una criba, las partículas se separan según su capacidad para atravesar sus aberturas.
A primera vista, el resultado parece una simple clasificación por tamaño.
Pero existe una consecuencia menos evidente: las fracciones obtenidas pueden presentar composiciones químicas diferentes.
Este fenómeno constituye la base del fraccionamiento mecánico de materiales vegetales.
1. La molienda transforma una matriz compleja
Una hoja está formada por epidermis, mesófilo, nervaduras, haces vasculares y otros tejidos especializados.
Su estructura y composición no son uniformes.
Las diferencias anatómicas se explican en La anatomía de una hoja: por qué sus tejidos no aportan lo mismo al agua.
Durante la molienda intervienen mecanismos como:
- Impacto: las partículas reciben golpes que pueden provocar su fractura.
- Corte o cizallamiento: el material se divide mediante fuerzas tangenciales.
- Compresión: las estructuras se deforman o rompen bajo presión.
- Fricción: el contacto entre superficies contribuye a reducir el tamaño.
La importancia relativa de cada mecanismo depende del molino y de las condiciones de operación.
El resultado también está condicionado por la humedad del material, su fragilidad, la resistencia de las paredes celulares y el grado de transformación previo.
Por tanto, dos tejidos de una misma hoja pueden generar partículas de formas y tamaños distintos incluso cuando atraviesan el mismo proceso.
2. Por qué algunas estructuras permanecen fibrosas
Los tejidos vegetales contienen paredes celulares cuya composición y organización varían según su función.
La celulosa, las hemicelulosas, las pectinas y, en determinados tejidos, la lignina contribuyen a las propiedades mecánicas de la matriz.
Las estructuras de soporte y algunos elementos vasculares pueden resistir la fragmentación de manera diferente al tejido parenquimático.
Como consecuencia, una molienda puede producir simultáneamente:
- Partículas pequeñas de tejido fragmentado.
- Fragmentos de mayor tamaño.
- Estructuras alargadas o fibrosas.
- Agregados de partículas finas.
La presencia de fibras retenidas en una criba no demuestra por sí sola que todas procedan de las nervaduras.
Para determinar su origen anatómico sería necesario examinarlas mediante técnicas apropiadas, como microscopía.
Sin embargo, la fragmentación diferencial de tejidos proporciona un mecanismo plausible para que una separación granulométrica produzca fracciones anatómicamente distintas.
3. Qué separa realmente una criba
Una criba dispone de aberturas de dimensiones definidas.
Las partículas suficientemente pequeñas y con una geometría favorable pueden atravesarlas, mientras que otras quedan retenidas.
Pero la separación no depende exclusivamente del diámetro de una partícula.
También intervienen:
- Su longitud y forma.
- La orientación respecto a la abertura.
- La tendencia a formar agregados.
- La humedad y las propiedades superficiales.
- La duración e intensidad del tamizado.
Una partícula alargada puede atravesar una abertura si se orienta adecuadamente. Otra, aparentemente más pequeña, puede quedar retenida por agregación o por su geometría.
Por eso, el tamaño nominal de la criba no equivale necesariamente al tamaño exacto de todas las partículas obtenidas.
Para caracterizar un polvo vegetal se puede utilizar una distribución granulométrica, expresada mediante parámetros como D10, D50 y D90.
Estos describen la distribución de tamaños según el método de medición empleado.
Conocer únicamente la abertura de la criba no permite reconstruir esa distribución completa.
4. El fraccionamiento mecánico puede modificar la composición
La molienda y el tamizado sucesivos se han estudiado como procedimientos para obtener fracciones vegetales enriquecidas en determinados componentes.
La idea es sencilla.
Si distintas estructuras vegetales se fragmentan de manera desigual y contienen proporciones diferentes de sustancias, las fracciones clasificadas por tamaño pueden presentar composiciones distintas.
Este proceso se denomina fraccionamiento mecánico o fraccionamiento por molienda y tamizado.
No debe confundirse con una extracción química.
Durante el fraccionamiento mecánico no es necesario disolver los compuestos de interés. Se redistribuyen físicamente materiales que ya forman parte de la matriz original.
El enriquecimiento, cuando ocurre, es relativo: una fracción puede contener mayor proporción de determinado componente por unidad de masa seca que otra.
No significa que se hayan creado sustancias nuevas.
5. Evidencia científica: polifenoles y tamaño de partícula
Becker y colaboradores (2016)
Becker y colaboradores estudiaron la molienda y el tamizado sucesivos de partes aéreas de Hypericum perforatum y Achillea millefolium [1].
Analizaron distintas fracciones granulométricas y determinaron su contenido fenólico y actividad antioxidante mediante métodos químicos.
Encontraron diferencias entre fracciones.
Las clases de tamaño intermedio, particularmente entre 100 y 315 micrómetros, presentaron resultados destacados para determinados compuestos fenólicos.
El estudio demuestra que la molienda seguida de tamizado puede generar polvos vegetales con diferente composición.
También muestra que la relación entre tamaño de partícula y contenido fenólico no es necesariamente lineal.
La fracción más pequeña no tiene por qué ser la más rica en los compuestos estudiados.
Deli y colaboradores (2019)
Deli y colaboradores estudiaron materiales de tres especies: semillas de Boscia senegalensis, frutos de Dichrostachys glomerata y cálices de Hibiscus sabdariffa [2].
Tras molerlos, separaron distintas clases granulométricas y compararon su composición.
Encontraron diferencias significativas en macronutrientes, contenido fenólico y propiedades antioxidantes.
Las fracciones con mayor contenido de fenoles variaron según la especie:
- Boscia senegalensis: inferior a 180 µm.
- Dichrostachys glomerata: 180–212 µm.
- Hibiscus sabdariffa: 212–315 µm.
Este resultado es especialmente revelador.
No existe una granulometría universal que maximice el contenido fenólico de todos los materiales vegetales.
La fracción óptima depende de la especie, del tejido y de los compuestos que se pretendan estudiar.
6. ¿Eliminar material fibroso puede enriquecer una fracción vegetal?
Puede ocurrir, pero no es una consecuencia automática.
Imaginemos una matriz vegetal formada por dos fracciones:
- Una fracción que aporta relativamente muchos compuestos extraíbles por gramo.
- Otra que aporta relativamente pocos en unas condiciones determinadas.
Si un procedimiento mecánico separa parcialmente ambas, el material recuperado puede presentar mayor capacidad de extracción por unidad de masa.
Sin embargo, existen varias posibilidades.
La fracción retenida podría ser rica en componentes estructurales de escasa solubilidad acuosa.
También podría contener compuestos fenólicos que permanecen asociados a las paredes celulares y que no se liberan fácilmente durante una extracción convencional.
O podría conservar sustancias de interés que se perderían al descartarla.
Por tanto, la mera presencia de fibras no permite establecer su valor químico.
Para determinar si una separación mejora el rendimiento de extracción, es necesario analizar las fracciones obtenidas.
Esta distinción es especialmente importante cuando se estudian hojas de especies para las que no existen datos específicos de fraccionamiento anatómico.
7. Tamaño de partícula y extracción acuosa: dos mecanismos diferentes
La composición del material no es el único factor que influye en una extracción.
La granulometría también puede modificar la velocidad con la que los componentes se transfieren al agua.
Conviene separar dos mecanismos.
Enriquecimiento composicional
Una fracción contiene proporcionalmente más sustancias potencialmente extraíbles que otra.
Esto modifica la cantidad disponible por unidad de masa seca.
Mejora de accesibilidad
La fragmentación puede aumentar la superficie expuesta y reducir las distancias que debe recorrer el disolvente para alcanzar determinados compuestos.
Esto puede favorecer la transferencia de materia.
Las revisiones sobre técnicas de extracción vegetal reconocen la importancia del tamaño de partícula, junto con la temperatura, el tiempo, la relación sólido-líquido y la naturaleza del disolvente [3].
Ambos mecanismos pueden actuar simultáneamente, pero no son equivalentes.
Una fracción podría extraerse más rápidamente sin contener necesariamente una mayor cantidad total de sustancias extraíbles.
También podría estar enriquecida en ciertos compuestos y, sin embargo, requerir condiciones específicas para recuperarlos.
Los fundamentos de estos procesos se desarrollan en De la hoja al agua: fundamentos de la extracción botánica.
8. Por qué una molienda más fina no siempre es mejor
Reducir el tamaño de partícula puede ofrecer ventajas, pero también introducir limitaciones.
Calentamiento durante la molienda
La energía mecánica puede elevar la temperatura del material.
Determinados compuestos son sensibles a condiciones térmicas intensas, por lo que el proceso debe evaluarse en función de la matriz y de las sustancias estudiadas.
Aglomeración
Las partículas finas pueden adherirse entre sí y formar agregados.
Esto modifica su comportamiento durante el tamizado y puede reducir la superficie efectivamente accesible al agua.
Dificultades de separación
Un polvo muy fino puede resultar más difícil de filtrar o decantar después de una extracción.
Cambios en el comportamiento del sólido hidratado
La reducción de tamaño puede modificar la sedimentación, la compactación y la interacción con microorganismos.
No puede suponerse que esos cambios sean siempre beneficiosos.
Por tanto, la granulometría adecuada depende del objetivo: extracción, dispersión, estabilidad física, separación posterior o una combinación de propiedades.
9. Cómo demostrar que una fracción es más extractiva
Una comparación experimental debe distinguir entre la masa de material utilizada y la cantidad de sustancias recuperadas.
Un diseño básico puede incluir:
- Material vegetal sin fraccionar.
- Fracción fina recuperada por tamizado.
- Fracción gruesa o fibrosa retenida.
Cada muestra se prepara con la misma masa seca y se somete a condiciones idénticas de extracción.
Es importante controlar:
- Volumen y composición del agua inicial.
- Temperatura y duración.
- Relación entre masa vegetal y agua.
- Agitación.
- Volumen final.
- Procedimiento de separación del sólido.
Las mediciones pueden incluir absorbancia visible, carbono orgánico disuelto y determinaciones de compuestos fenólicos.
El pH y la conductividad aportan información adicional, pero no permiten cuantificar por sí solos los taninos ni el conjunto de sustancias orgánicas.
El aroma puede registrarse como una observación sensorial, aunque no sustituye a una caracterización química.
Para evaluar si existe enriquecimiento debe compararse la cantidad recuperada por unidad de masa seca de cada fracción.
También conviene registrar el balance de masas.
Una fracción enriquecida puede presentar mayor rendimiento por gramo, pero representar una proporción menor de la materia prima total.
10. Rendimiento por gramo y aprovechamiento total no son lo mismo
Supongamos, únicamente como ejemplo, que un proceso produce:
- 60 g de fracción fina.
- 40 g de fracción retenida.
Si la fracción fina aporta más sustancias extraíbles por gramo, puede ser ventajosa para elaborar un producto más concentrado en términos de masa seca utilizada.
Pero eso no demuestra que el proceso recupere una mayor cantidad absoluta de sustancias a partir de los 100 g iniciales.
Para conocer el aprovechamiento total es necesario considerar tanto el rendimiento de cada fracción como su composición.
Este balance evita confundir dos conceptos:
Enriquecimiento: mayor proporción de determinados componentes en una fracción.
Recuperación total: cantidad absoluta de esos componentes que se conserva o recupera a partir de la materia prima original.
Un proceso puede mejorar el primero y reducir el segundo.
La elección depende del objetivo tecnológico.
11. Qué sabemos sobre las hojas de roble
Las hojas de distintas especies de Quercus presentan tejidos con propiedades estructurales y composiciones químicas heterogéneas.
En Quercus pyrenaica se han documentado compuestos fenólicos y variaciones relacionadas con el desarrollo foliar.
Sin embargo, los estudios sobre molienda y tamizado citados en este artículo se realizaron en otras especies vegetales.
Por ello, no demuestran directamente que una fracción fina de Q. pyrenaica contenga más polifenoles que sus nervaduras o sus fracciones fibrosas.
Esa afirmación requiere mediciones específicas.
La evidencia disponible permite sostener una hipótesis más limitada:
Las diferencias anatómicas y mecánicas de los tejidos foliares pueden hacer que la molienda y el tamizado produzcan fracciones de composición y comportamiento extractivo distintos.
Esta hipótesis es coherente con los resultados obtenidos en otras matrices vegetales, pero debe comprobarse para cada materia prima.
12. Del polvo vegetal al ecosistema acuático
En acuariofilia naturalista, las características de un material botánico pueden influir tanto en la preparación de extractos como en el comportamiento posterior de sus partículas.
Sin embargo, el rendimiento químico de una extracción y la estabilidad ecológica del sólido son cuestiones diferentes.
Una fracción puede transferir sustancias al agua con facilidad y, aun así, experimentar transformaciones microbiológicas posteriores.
También puede hidratarse, expandirse o sedimentar de manera distinta según su granulometría y composición.
Para estudiar estos fenómenos es necesario considerar la estructura del sedimento, la disponibilidad de oxígeno y la actividad microbiana.
La selección de partículas no permite deducir por sí sola que el material residual sea más estable o seguro para cualquier sistema acuático.
Conclusión
La molienda y el tamizado no son necesariamente operaciones limitadas a reducir y clasificar el tamaño de las partículas.
Cuando se aplican a una matriz vegetal heterogénea, pueden producir fracciones con distinta composición química y propiedades físicas.
La literatura científica demuestra que este procedimiento puede modificar la distribución de compuestos fenólicos y otros componentes en determinadas especies.
Pero también muestra que no existe una fracción granulométrica universalmente óptima.
La calidad de un fraccionamiento no depende de obtener el polvo más fino, sino de seleccionar y caracterizar la fracción más adecuada para una finalidad concreta.
En extracciones botánicas acuosas, esa finalidad debe evaluarse mediante mediciones de composición, rendimiento y comportamiento del material, sin confundir coloración, concentración química y estabilidad biológica.
Bibliografía científica
[1] Becker, L., Zaiter, A., Petit, J., Zimmer, D., Karam, M.-C., Baudelaire, E., Scher, J. y Dicko, A. (2016). Improvement of antioxidant activity and polyphenol content of Hypericum perforatum and Achillea millefolium powders using successive grinding and sieving. Industrial Crops and Products, 87, 116–123.
https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2016.04.036
[2] Deli, M., Ndjantou, E. B., Ngatchic Metsagang, J. T., Petit, J., Njintang Yanou, N. y Scher, J. (2019). Successive grinding and sieving as a new tool to fractionate polyphenols and antioxidants of plants powders: Application to Boscia senegalensis seeds, Dichrostachys glomerata fruits, and Hibiscus sabdariffa calyx powders. Food Science & Nutrition, 7(5), 1795–1806.
https://doi.org/10.1002/fsn3.1022
[3] Conventional and modern techniques for bioactive compounds recovery from plants: Review (2024). Scientific African.
https://doi.org/10.1016/j.sciaf.2024.e02509
Nota de alcance: los resultados experimentales de las investigaciones citadas corresponden a las especies, materiales y condiciones estudiados por sus autores. No constituyen una caracterización directa de Quercus pyrenaica ni de ningún producto comercial.