- Composición de las aceites
- Fuentes de aceite
- Morfología de una semilla oleaginosa
- Proceso
- Aceite residual- conveniencia- análisis económico
- Elección del tipo de extracción
- Ajuste de la humedad para la extracción
- Equipos de extracción
- Residuo de la prensa
- Extractor
- Equipos de extracción por solvente
- Proceso de extracción por solvente (sistema lineal d´smet)
- Rotocell
- Depuración de los aceites
- Refinación de aceites
- Desodorización
- Hibernación o desmargarizacion – winterizacion
- Proceso opcional – destilación de ácidos grasos
- Expeller valor económico
- Obtención de concentrado y aislado proteicos
Los aceites de origen vegetal o animal son triglicéridos ya que la glicerina se eterifica en sus 3 posiciones con ácidos grasos. La glicerina es un alcohol glicerol cuyos carbonos están sustituidos por 3 oxidrilos OH (propanodiol). Los ácidos grasos son cadenas hidrocarbonadas con grupos carboxilo (COOH) en el extremo de la cadena lineal, pueden ser saturados o insaturados
Ácidos grasos saturados butirico4s caproico6s caprilico8s caprico10s laurico12miristico 14 palmítico 16 esteárico 18.
Ácidos grasos insaturados miristoteico, palmitoteico oleico, linoleico, linolenico, aranquidònico.
La mayoría de las ácidos grasos tienen un numero para de átomos de carbono esto se debe a la forma en que se van sintetizando dentro de la célula. El sistema enzimático va agregando de a 2 o demoliendo de a 2, cuando ocurre la oxidación biológica de las grasa como fuente de energía.
Si en lugar de glicerina hubiera otro alcohol de alto peso molecular tendríamos una cera, normalmente suelen aparecer como impurezas en las grasas y aceites.
En los alimentos las cadenas llegan hasta carbono 18.
La diferencia que existe es dividir a las grasas (sólidas a temperatura ambiente) y las Aceites (son liquidas a temperaturas ambiente). , Punto fijo 20ºC temperatura ambiente.
Si en la cadena hay dobles enlaces (hasta 4 encontramos), hablamos de instauraciones lo cual da lugar a la isomería CIS y trans en la mayoría de los alimentos encontramos CIS
Ejemplo ácido oleico 18 Ac cicosanoico y su isómero trans Ac. Elaidico que da nombre al proceso de elaidizacion para pasar de isómero cis a trans.
Ácidos grasos sustituidos, hidroxiacido, como el aceite de ricino, es el aceite vegetal más denso se vende en farmacia como laxante.
Los ácidos grasos insaturados más comunes son ácido oleico, ácido Linolenico, Ac linoleico, los 3 tienen carbono 18 pero difieren la posición del doble enlace son liquido a temperatura ambiente.
Punto de fusión: el punto de fusión aumenta a medida que las instauraciones disminuyen.
Instauración sp2 tengo mas carga electrónica.
El bajo punto de fusión de los ácidos instaurados se deben a que el empaquetamiento de la molécula espacial no es tan compacto, como la hibridación sp3 saturado, al no ser tanto contacto le quita posibilidad de tener mas superposición y formar fuerzas de Van Der Walls (mas atracción)en la superficie molecular.
La fusión da lugar a una licuación y lo definimos cuando tenemos compuestos puros. En el caso de grasas y aceites no son puros, tenemos un RANGO DE FUSION que dependerá de la proporción de triglicéridos sólidos y triglicéridos líquidos que constituyen la mezcla.
Reactividad. Al aumentar él numero de insaturaciones, también aumenta la oxidabilidad, ya que él oxigeno tiene mas posibilidad de atacar. Entre un mono, di, triinsaturado él más reactivo es el diinsaturado porque se produce la formación del peróxido y la transposición después del enlace. Cuando se va oxidando, el doble enlace no desaparece sino que se transforma en un conjugado, porque se corre.
INDICES CARACTERISTICOS: los análisis de caracterización más comunes de los triglicéridos son:
Indice de Acidez o numero ácido: es él más importante, el primero a tener en cuenta, se define como los mg. De KOH que se necesitan para neutralizar los ácidos grasos libres contenidos en 1 gr. de grasa o aceite.
% acidez libre o de ácidos libres. Gramos de ácidos grasas libres expresados como ácido oleico que están en 100 gr. De grasa o aceite. Se hace a través de una titulación ácido- base con un solvente donde sea soluble la grasa, se titula los ácidos libres con una base valorada y con FN como indicador (pH viraje 8.3) si es aceite claro, la base generalmente usada es KOH.
Indice de saponificación: son los mg de KOH necesario para saponificar 1 gramo de grasa o aceite. Es la hidrólisis total de los triglicéridos dando como resultado, la glicerina por un lado y las sales de los ácidos grasos con el metal de base (jabones) por el otro. Se trabaja a ebullición, los metales son Na o K (solubles) nos da una idea del peso molecular medio de una grasa o aceite.
Indice de yodo: son los gramos de yodo que se fijan a absorben en los dobles enlaces de los acidoos grasos insaturados por 100 gramos de lípido en condiciones estandarizadas. Se mide las instauraciones por la proporción del yodo fijado, es un análisis cuantitativo, (reactivo de wijss CL2I
) Este índice mide el grado de insaturaciones de un lípido y permite diferenciar entre sí.
Indice de peróxido: expresa la cantidad de peróxidos contenidos en 1 Kg. de grasa o aceite expresada como miliequivalente de Oxigeno
, Evalúa el estado de oxidación de un lípido, cuando no le conozco la historia previa. Me da idea de la estabilidad y del grado de evolución hacia la rancidez.
Indice de escenificación. Se calcula haciendo una diferencia entre todos los ácidos grasos esterificados + los Ac libres menos los que están libres, esto es igual a los ácidos grasos esterificados.
Indice de reichert- Meissl son los ml de solución de NaOH 0.1 N necesarios para neutralizar.
Los ácidos grasos volátiles solubles en agua a 15ºC butirico 4 caproico 6 provenientes de 5 grs de materia grasa en condiciones normalizados.
Indice de Polenske. Son los ml de solución de NaOH 0.1 N necesarios para neutralizar los ácidos grasos volátiles insolubles en agua a 15ºC caprílico 8 caprico 10 laurico 12 miristico 14
Y solubles en alcohol etanol, provenientes de 5 grs. de materia grasa en condiciones normalizadas.
Cuando hacemos la extaccion del aceite, aparecen otros constituyentes.
Acido grasas libres, gomas y mucilagos, fosfolípidos, pigmentos liposolubles, vitamina liposoluble ( A- D- E- K) componentes odoríferos (dan olor y sabor)
fosfolípidos: también llamados glicerofosfáticos pertenecen a los lípidos complejos, consisten estructuralmente en una molécula de glicerol que tiene 2 grupos oxidrilos esterificados con ácido grasos y el restante con el ácido fosfórico que a su vez puede esterificar uno de sus grupos oxidrilos con un compuesto nitrogenado originando la familia de las lecitinas.
Los fosfolípidos se usan como agentes emulsionantes por sus propiedades hidrofílicas (soluble en agua – polar)y lipofilicas.
Vitaminas las que son liposolubles son la A D E K.
Vitamina a: es un carotenoides, a los carotenoides los llamamos provitaminas se caracteriza por tener color, tengo un orbital deslocalizado en la provitamina A, que es el que me da el color. Es una inestabilidad electrónica, ya que para pasar el electrón a un nivel superior de energía no se necesita emplear mucha energía. Esta propiedad nos esta indicando que el compuesto es mucho más reactivo químicamente.
Vitamina K: ( antihemorragica) esta en bajas concentraciones, por lo tanto no afecta en el proceso de extracción. vitamina K1 filoquinona
Vitamina D: interesa porque es nutricional (antiraquitismo) y esta relacionada con los colesteroles. Los aceites vegetales no tienen colesterol, tienen esteroles.
Vitamina E estos compuestos son la base para la generación de hormona en nuestro organismo, son muy necesarios.
Pigmentos liposolubles (colorantes) en algunos casas tenemos la clorofila y en otros cosas esta enmascarada por los carotenos, por ejemplo la clorofila es el colorante que predomina en el aceite de oliva. La clorofila tiene grupos pirroles. Carotenoides responsables del color amarillo y anaranjado de los alimentos.
Sustancias insaponificables: son hidrocarburos del orden de 30 38 átomos de C más algunos terpenos que son un grupo de hidrocarburos presentes en las esencias vegetales, estos pueden germen olores. Limonero olor a limón, mentol olor a menta, geroniol olor a rosa.
FUENTES DE ACEITELas más comunes girasol, maíz, soja, algodón lino(industrialmente para pinturas porque es secante), oliva maní, uva, coco, colza tubérculo semejante a la papa usado en España.
MORFOLOGÍA DE UNA SEMILLA OLEAGINOSA
Cáscara (fibra alta concentración de lípido)
Pepita alta concentración de lípido
Pared celular (hemicelulosa y proteínas)
Germen
Dentro de la célula, el aceite esta en las vacuólas (pepita) y generalmente emulsionada con agua debido a que en el interior de la vacuóla la, membrana esta constituido fundamentalmente por fosfolípidos y proteínas que le otorgan ciertas propiedades funcionales.
Partimos de una oleaginosa traído del acopio o de una industria, como la uva, que no es de la región. Al llegar a la planta lo almaceno adecuadamente. como el producto viene con impurezas lo primero que hacemos es colocarlo en un silo y limpiarlo, ya sea por aspiración, por zarandeo, mesa densimetrica o depiedradora, imanes, etc.
Cuando se encuentra en el silo lo primero que hay que hacer es bajarle la humedad en los en oleaginosas hasta un 8- 10%.
El secado es importante para evitar el enrancionamiento y la hidrólisis que generarían los ácidos grasos libres y deteriorarían tanto la materia prima como el producto.
No se debe olvidar que la respiración del grano genera calor al igual que un posterior desarrollo microbiologico y esto en aquellos que tienen un contenido alto de aceite como el girasol puede conducir a una autoignición de la masa cosa que no ocurre en los cereales.
Se libera energía y empiezan a producirse reacciones oxidativas, además el mismo aceite cuando entra en autooxidacion genera una alta concentración de calor. Si el silo es poco controlado se puede prender fuego.
Semilla ardida, se refiere a la aparición de puntitos negros en la unión entre el germen y endospermo debido a un secado excesivo, a la interpedie, al sol, por heladas.
Se almacenan en silos verticales comunes o silos celdas. Nuestra industria por manejar grandes volúmenes trabaja con silos celdas 200 m largo x 40 m ancho x 25 m altura y debajo de la tierra otros 25 m
ACEITE RESIDUAL- CONVENIENCIA- ANÁLISIS ECONÓMICO.
Según el método de extracción empleado nos quedara como residuo:
Torta, residuo de una extracción por solvente
Expeler residuo de extracción por prensado.
En cualquiera de los 2 queda algo de aceite además de aquello que no es aceite, proteína, hidrato de carbono.
El objetivo económico es tratar de sacar la mayor cantidad de aceite posible, pero la extracción absoluta no se puede lograr. Es por eso que normalmente la industria aceitera en el mundo apuntaba a un limite de aceite residual en torta del 1 %.
¿Con este limite de aceite residual que me conviene hacer al empezar el proceso, pelar o no la materia prima?
Pelarla implicaría un costo de energía, de procesamiento, mas la extracción y por otro lado no pelarla implicaría que nos quede mas aceite residual en el residuo.
Por ejemplo para soja conviene pelar, es muy poco lo que puede tener de aceite en la cascara.
Maíz tibien la descascaro.
Fabricas argentinas llegaron a dejar el 0.8 % de aceite residual, hace 10 años atrás. Hoy en día tratan de dejar solo el 0.5 % de residuo.
El aceite que queda en torta se aprovecha ya que es una fuente de proteínas e hidratos de carbono por ejemplo para la alimentación animal.
Si se trata de residuo de soja se aplica un tratamiento, aislados proteicos y se utiliza para alimentación humana.
En caso de utilizarse para alimentación animal, la torta se vende a exportación, esto equilibra el balance económico de la empresa, ya que el aceite y la torta hacen un balance cíclico y dura de 6 – 10 años el ciclo, es decir aumenta precio de lo soja – baja precio de la torta.
La venta de la torta deja bastante dinero, normalmente se paga por el PRO- FAT (proteína – grasa)para lo cual se analiza el contenido en proteína y en grasa y la suma de ambos en los mercados de exportación normalmente debe ser 44%, si se tiene menos baja el precio del PRO- FAT.
ELECCIÓN DEL TIPO DE EXTRACCIÓN
El extractor permite llevar a un contenido final de aceite residual menor al 1 %.
En la prensa, meto energía y exprime con acción mecánica, con fricción, desgaste, genera calor y va sacando el aceite de una partícula va deslizando contra superficies metálicas, con una presión importante. Cuanto más aceite quiero sacar mas presión debo hacer.
. La presión interna en una prensa es de 2800 a 3000 Kg/cm2, esto lo sufre la maquinaria que se observa por el desgaste. En el aceite se puede encontrar material de desgaste Fe solamente, si se lo detecto serán solo pocas ppm, en el producto final.
Prensa, me deja un expeler un residual de aceite como mínimo del 5 %, cuando le di la máxima presión 3000 Kg./cm2.
El extractor al extraer por solvente disuelve el aceite en el mismo y forma una micela. La micela mas concentrada que se trabaja en la fabrica esta aproximadamente 30- 32 % de aceite en el solvente, al cual lo separo evaporando el solvente y consumiendo por lo tanto energía térmica.
Cómo nos conviene procesar… por prensado o por solvente?
Actualmente la tendencia es usar un proceso mixto, o sea usar los 2 procesos porque se manejan grandes volúmenes. Según la materia prima. Por ejemplo si tengo alto contenido en aceite primero prenso suave, hasta bajar el contenido aprox. 18 % (que es lo que tiene la soja) en el expeler y luego a este se lo mando al extractor por solvente.
COCCION: Se trata de distender la superficie de la partícula de manera de que tenga un menor recorrido el aceite que sale de la masa(oleaginosa) se hace un tratamiento térmico con el cual se busca:
- desnaturalizar las proteínas que forman las paredes celular de la pepita y que encierran al aceite emulsionada , de esta forma las paredes se tornan permeables y permiten el flujo de aceite.
- Producir la ruptura de la emulsión del aceite que está dentro de la semilla .
- Disminuye la viscosidad del aceite , entonces fluye con mayor rapidez .
Es un proceso que trabaja entre 105- 120 ºC se hace un cocinado durante un cierto tiempo.
Como el producto viene seco del almacenamiento, se lo moja ( acondiciona) a un 11- 12 % de humedad ya que los procesos de desnaturalización de proteínas son mas eficaces cuando hay una cierta cantidad de agua , que es el transmisor mas directo del movimiento térmico molecular.
Consta de un tubo de entrada donde se acondiciona el producto a la humedad de trabajo aprox. 12% humedad , una serie de ollas ubicadas una encima de otra , que constan en el interior de un agitador de paletas, soldado a un eje central.
La humectación puede hacerse:
- En los métodos actuales, en el tornillo de carga ( ahí se tira el agua para ajustar la humedad y se mezcla).
- En los equipos mas chicos se hace adentro de la olla a través de una pulverización en el primer piso a 18º C
Entre olla y olla el producto pasa a través de una compuerta . las paredes del equipo son huecas y se le inyecta vapor ( actúa como camisa calefactora) para cocinar por superficie. Generalmente este equipo consta de 5- 6 ollas superpuestas con un eje único y un sistema agitador también único. Las compuertas se abren mediante un sistema hidráulico o mecánico que trabaja de acuerdo al programa de tiempo impuesto para el proceso.
Simultáneamente el equipo tiene pequeñas chimeneas que permiten la salida del vapor del mismo producto.
CON ESTA PRECOCCIO O COCCION HACEMOS QUE SE DESNATURALIZE LA PROTEINA.
Sistema de transporte REDLER: en la industria aceitera es uno de los mas usadas .
Se construye un canal de chapa con una tapa abulonada conjunta así se lo puede hacer hermético.
Tiene una cadena que se apoya sobre una guía , con ruedas , la cual lleva un elemento que no alcanza a ser una paleta . el producto que esta arriba al tener esto abajo que lo desplaza lo hace simplemente por fricción entre el mismo producto., a través de las cadenas , que lo hace llegar hasta la punta y vuelve.
Este transporte puede construirse hermético al solvente y de este modo trasladar la torta del extractor que posee cantidad del mismo al finalizar la extracción también el desplazamiento se puede hacer con un tornillo transportador.
LAMINADO: luego de la cocción el producto sale semiseco con un 8% de humedad, el proceso que le sigue es un laminado que se puede hacer de 2 formas tren de rodillos o tren de laminación. Con el laminado lo que se pretende es aumentar la superficie para que el aceite fluya más rápido haciéndose tipo lenteja.
No podrías usar un molino martillo , porque las partículas serian muy pequeñas y cuanto mas pequeñas me provocarían compactación en el extractor por prensa y dificultaría el flujo de aceite, tengo que tener un tamaño mas grande para permitir que aun en la compactación pueda salir la mayor cantidad posible a mayor velocidad.
Además cuanto mas chico , es la partícula mas posibilidad tiene de arrastrar polvillo que empezara a aparecer en todos las maquina de la planta y la micela tendrá suciedad lo cual es malo ya que debe ser lo mas limpio posible.
Tren de rodillos: son dos series de rodillos , como si fuera un molino de rodillos, con los rollos ubicados de a dos, como si tuviera 2 maquinas en un solo banco. El producto entra en el primer juego de rodillos y pasa al segundo juego por caída natural. Los juegos de rodillos están dentro de una estructura rígida y resistente que le sirve de apoyo y asiento a los mismos órganos de la maquina ( normalmente a esta estructura se la llama bastidor)
Tren de laminación: consta de 5 rodillos superpuestos, el primero es estriado al igual que el segundo y los demás son lisos . se apilan , el peso del de arriba descansa sobre el siguiente. El producto ingresa por arriba y entra en los dos primeros, hay un aplastamiento y rotura uno de los rodillos es matriz y mueve al resto . entre los rodillos se ubican a los costados chapas que hacen de bafles, para direccionar el recorrido del producto que a medida que va mas abajo más pesa y de esta forma se va aplastando y sale también reducido de tamaño.
PELADO – descascarado: la maquina de pelado y descascarado es especifica para cada oleaginosa salvo para el caso de soja y girasol en la cual se usa un tipo de pelador como la de barras.
Estas maquinas se calibran por tamaño , primero para mandar a una maquina que tenga la distancia mas cercana , una porción chica y mandarla a otra maquina con distancia mas grande una porción grande. Se debe calibrar antes de meter el producto en la peladora.
Maní: se lo cosecha con la cascara y se lo descascara con un par de discos con púas, como si fueran dedos, que hacen que se traben un poco , gira uno a la altura del otro, al cruzar el maíz lo va partiendo y luego simplemente se va aspirando.
Algodón: para sacarle la semilla ( negrita chiquita ubicada en el centro del capullo)se usa una desmontadora de algodón , donde va cayendo el capullo.
Es muy importante porque la industria necesita especificidad es las operaciones, cada producto se proceso con su maquino especifica.
AJUSTE DE LA HUMEDAD PARA LA EXTRACCIÓN.
La humedad de extracción esta alrededor del 3%, no menos de eso , para que la masa mantenga cierta cohesividad, porque al no tener agua la masa se desarma.
Si se desarma en la prensa empieza a compactar y el aceite no fluye.
Normalmente se seca en sistemas calefaccionados con vapor, ejemplo tornillo con artemisa, son tornillos bien redondos y se encuentran montados en un equipo cuadrado.
En este tornillo que es un transportador interno calefaccionado por vapor es donde terminamos de secar antes de entrar a la prensa.
Hoy en día se ha incorporado una maquina mas al acondicionamiento, que es un expander simple o prensa expander depende de la función, que se le pida.
Es una maquina parecida en su apariencia la extrusor , con un diámetro de 25 cm un caño de 3 m de largo, acepta inyección de vapor y tiene una boquilla de salida que genera una cierta compresión por el efecto del tornillo.
La boquilla está abulonada mediante agujeros chiquitos y tenemos un perfil de hélice que hace el transporte mecánico.
Como el eje es muy largo, se agarra de un único ruleman que esta en la punta, para que no pierda el centro una vez que gira.
Se colocan unas especies de lunetas, para tenerlo mas sujeto ubicadas a 120º (son 3) , en los espacios que quedan entre las vueltas del tornillo, son piezas talladas con media vuelta no continuas.
Las lunetas son huecas y es por allí es donde entra el vapor, pero no en las 3.
El vapor aporta una cierta humedad para que toda la masa tenga una cierta expansión al salir de acá, la expansión no es mucha.
Dentro del equipo tengo una temperatura de 105 108ºC. La temperatura se puede con mucho vapor llegar a 112ºC ocasionando un flasheo (expansión brusca de un vapor) , pero en estas condiciones para algunos productos empieza a salir aceite, por la condiciones de presión.
Este tipo de equipo me da una porosidad interna (mayor velocidad de extracción) con una mejora en el proceso de extracción, que es superior al de laminación simple.
Expander, es una prensa que primero hace el prensado y luego acondiciona antes del largar el producto que seguramente irá a un extractor, esta es la forma mas moderna de acondicionar.
PRENSA:
Es robusta , no muy larga comparada con el expander y permite el drenaje del aceite.
Mecánicamente se habla de un eje con una chaveta sobre el cual se van insertando piezas huecas que tienen tallados alrededor de la hélice.(Forma de tornillo sin fin).
La hélice siguiente esta un poquito mas apretada y de esta forma voy regulando el paso, las de paso más grande empujan más que las de paso más chico que van comprimiendo.
Todo el sistema esta cerrado en un criba, en un extremo hay una pieza que gira despacio por donde sale la torta.
La presión que obtengo, la regulo entre el espacio libre y la potencia del motor.
La paredes de la criba es una serie de barras metálicas ( planchuelas) entre las barras me queda un hueco , espacios muy finitos para que el aceite vaya drenando por toda la superficie .
Las abrazaderas sostienen a la criba, para que aguanten la tensión hacia fuera. La presión que debe soportar es de 2500 Kg. /cm2.
Lo que se puede gastar de este equipo son la barras , cuando esto ocurre la criba se debe reemplazar.
¿Cómo opera una prensa?
Hay diferentes diseños per el principio y funcionamiento es el mismo.
Las prensas hidráulica y de tornillo se utilizan para al extracción de aceites.
Prensa hidráulica proceso discontinuo.
Prensa tornillo (industria aceitera expulsor) o rodillo, proceso continuo.
Prensa hidráulica, prensa de platos o prensa de jaula.
Hay otro tipo de diseño donde la prensa tiene una pre- prensado vertical con un tornillo que ejerce unos kg. de presión y produce una primera extracción.
¿Que pasa en el interior de la prensa?
A medida que se aumenta la presión el producto va segregando aceite , se le esta haciendo un trabajo mecánico y como consecuencia de éste se desprende calor. Este calentamiento mas la presión saca aceite, bajando la viscosidad del aceite, permitiendo que fluya más rápido, pero también saca agua y lo va secando al producto, por tal motivo debemos considerar 2 puntos muy importantes a saber.
– la prensa es una máquina a la cual, entramos con un producto que viene de un secado previo con 3% de humedad, en el interior de la prensa alcanza los 150ºC , el aceite se recoge en un colector y la torta sale por la conexión de la punta media por transporte mecánico.
El aceite obtenido pasa por un intercambiador de calor y una parte sé reinyecta a la prensa sobre la criba.
Esto se hace para enfriar todo el material dentro de la prensa , ya que si no éste se quemaría por alta temperatura generando un resecamiento interno (de la masa) que generaría compactación. Algunas prensas tienen el eje hueco para poder inyectar agua.
– es importante mantener frío el eje no solamente para evitar que el aceite tienda a oxidarse o degradarse, sino para cuidar el propio equipo, ya que los metales son mas maleables con el calor, es decir se vuelven mas bandos y débiles.
Es por eso que se trabaja con temperaturas entre 150- 160 y que no pase de ahí. Cualquier descuido puede hacer que el equipo legue a las 250º C.
Si dejo que la temperatura se me escape toda la maquina se rompería, por no tener resistencia al desgaste.
De la prensa vamos a sacar el aceite que viene con agua, partículas sólidas de la misma torta, gomas, mucilagos, etc. ¿cómo separo Esto?
Se ha probado con filtración no conviene ya que solo pudo filtrar sólidos y el agua no pasa, las condiciones hidrofilicas de las sustancias hacen que el aceite no pase.
La centrifugación es lo más aconsejable para esto ya que separa, agua como fase pesada y partículas sólidas se retienen o se descargan según que maquina se use.
La primera etapa luego de la extracción es una CENTRIFUGACION que nunca puede separar completamente.
Centrifugación: separación de sustancias por medio de fuerza centrifuga basándose en la diferencias de densidades – 2 líquidos inmiscibles.
La centrifuga tiene una velocidad definida, una temperatura dada, podemos conocer la densidad del medio y la de la partícula . El problema esta en el diámetro ya que se llegara a un momento en que el tiempo de residencia para que una partícula de diámetro muy chiquito se separe sea mucho, entonces queda claro que no lograre separación absoluta , si no hasta un cierto punto.
El residuo que se obtiene es agua dispersa ( no necesariamente emulsionada) . en la primera etapa si podemos hablar de agua emulsionada o retenida porque tengo otras sustancias presentes como gomas que tienen partes hidrofobica e hidrofilicas.
El speller posee un residual de aceite que nosotros podemos regular.
Una fabrica grande traba en prensa hasta un 18% , que es lo que tiene la soja y luego mandarla a un EXTRACTOR.
Principio de funcionamiento coloco el producto a extraer en contacto con un solvente puro (previamente destilado) , se producen sifonadas sucesivas y siempre voy agregando solvente con 0% de aceite.
Si analizamos este proceso nos encontramos con que el primer lote que saco tendrá solvente y aceite, el segundo también y así sucesivamente, pero al llegar al ultimo tendremos mayormente solvente y casi nada de aceite.
Si representamos gráficamente la concentración de aceite en función del tiempo, nos encontramos, conque la concentración de aceite baja hasta hacerse asintota.
Este método no tiene casi perdida de aceite , puedo llegar a extraerlo casi todo en etapas tan grandes como quiera, pero si observamos la cantidad de solvente que uso y la poquisima cantidad de aceite que saco . Se vuelve muy poco económico para la producción.
Cuando decimos que en la ultima sifonada obtendremos mayormente solvente y casi nada de aceite, es que se produce una situación de equilibrio, ya que al poner la torta en contacto con el solvente no va a extraer todo si no hasta que la actividad del aceite en la fase liquido sea igual a la actividad del solvente en el aceite.
Si tengo 2 fase liquidas en l cual hay un soluto que se puede disolver en ambas, va a estar en equilibrio y la constante estará dada por la concentración en la fase 1 y la concentración en la fase 2
K =concentración fase 1/concentracion fase 2…….en realidad no es la concentración lo que se ve sino la actividad , como la actividad acuosa. En realidad para todos los compuestos químicos existe una actividad que nos dirá cuanto puede disolverse y cuanto va a quedar porque nunca va a ser 0.
El solvente empieza con un 0% de aceite. Y termina con una alta concentración de aceite. Obteniéndose una micela , cerca de la saturación.
La micela es un solvente que cada vez se va enriqueciendo mas hasta llegar cerca de la saturación , no llega a saturarse porque si no esta etapa no estaría funcionando.
Tengo en todas las etapas una fuerza impulsora (gradiente de conc) grande. Al final de la extracción donde tengo muy poco aceite en la semilla, trabajando con la mayor fuerza impulsora posible.
Quien gobierna el proceso de extracción es la fuerza impulsora, la diferencia de concentración entre el aceite en el solvente y el aceite en la semilla.
Se pretende en la etapa final de extracción un 0.5 % de aceite residual, pero como la fuerza se va achicando tengo que aumentar el numero de etapas lo que implicaría que el equipo sea mas grande , mas largo con mayor tiempo de residencia y todo esto representa una gran inversión.
Por eso el sistema contracorriente no será perfecto pero se lo puede aproximar.
La contracorriente pura podría representarse en una torre, donde por arriba tiro, el producto, y este entre con un frente parejo y con la misma proporción en todo nivel ya que si medimos la concentración del aceite en 2 puntos cualquiera, esta será la misma.
EQUIPOS DE EXTRACCIÓN POR SOLVENTE
Sistema lineal ( D´SMET).
Diseño básico de uso comercial en nuestro país.
Se construye una maquina con una cinta transportadora, metida en el interior de una caja cerrada, bien hermética, ya que se trabaja con hexano el cual es combustible y en mezcla con aire es explosivo.
La cinta transportadora tiene una rueda de mando en la punta, esta cinta engancha 2 cadenas sobre las cuales vienen colocadas unas planchas de acero inoxidable y sobre estas una criba también de acero inoxidable con agujeros de 4- 5 mm.
Esta cinta transportadora con superficie cribada es la que recibe la carga del producto ya acondicionado que se va apilando y va siendo arrastrado.
El tiempo de residencia del producto depende del diseño del equipo.
La altura de la torta es de aproximadamente 2 – 2.5 m.
Todo esto se transporta a una velocidad 4 a 20 horas de residencia.
El solvente puro lo pongo en una ducha que esta casi a la salida del equipo, mayor gradiente de concentración. Se recoge en una tolva y sé reinyecta hacia atrás un paso, no es en contracorriente sino en corriente cruzada.
El producto tiene canalizaciones, el solvente siempre encuentra lugares por donde fluir mas fácil, pero también hay una difusión hacia la masa que se embebe completamente ya que recibe un rociado muy intenso a razón de 40 50 m3/hora.
La cinta transportadora tiene soportes para que la torta no pase a los costados, es la cadena la que actúa como soporte aparte tiene ruedas que gira sobre una guía.
Al pasar toda esta etapa, la ultima percolación (hacer pasar un disolvente por una capa de materia pulverulenta para extraer uno o varios constituyentes solubles de la misma) la tenemos adelante, en la entrada del equipo, cae en la tolva y lo retiramos.
Sale la micela que va a la separación de solvente.
La válvula giratoria es un sello giratorio que permite que lo que cae salga a medida, va llenando el espacio de giro, tiene gran diámetro, por lo tanto en cada espacio entran aprox. 250 kg.
PROCESO DE EXTRACCIÓN POR SOLVENTE (SISTEMA LINEAL D´SMET)
La torta es enviada a un TOSTER o DESOLVENTIZADOR que se seca y cocina al mismo tiempo.
por la parte inferior se inyecta vapor de agua , aprox saturado, y aireación para asegurara el arrastre del solvente y agua hacia arriba.
Por calentamiento se evapora el solvente, los vapores del solvente y el agua todo esto va a un ciclón que separa el polvillo y los vapores, estos se recuperan en el condensador.
La torta que sale del toster mas los finos que se recuperan en el ciclón todo esto quedo con 300 ppm de solvente, no aceptable para exportación. Se hace aireación del producto para evaporar solvente a 40- 60 ppm. Del toster obtengo un alimento para animales, en esta etapa el tratamiento térmico inactiva( cocina) los inhibidores de tripsina – hay 2 toster.
Entre el ciclón y el condensador del toster hay un filtro porque la separación no es 100% y las partículas mas chicas pueden tapar el condensador.
La micela obtenida queda con 30 – 32 % aceite, se la inyecta a una columna de destilación donde se extrae la mayor parte del solvente. Esta torre de destilación posee calotas que hacen calentar el aceite y esta calienta el solvente.
El aceite todavía con algo de solvente se lo vuelve a inyectar a una segunda columna de destilación de donde sale aceite puro 100% por la parte inferior y por la parte superior solvente con un poco de aceite que pasa al condensador y retorno a la primer columna.
El solvente recuperado en todas las etapa pasa a un tanque de decantación y sé recircula el proceso. El grueso del solvente lo saco con el condensador del toster, en los otros 2 condensadores voy sacando trazas de solvente.
El solvente calienta hasta 60- 65ºC
El condensador esta unido a un eyector para sacar los incondensables.
Dentro de la torre de destilación el vapor que sube es más caliente que el liquido, el vapor le transfiere el calor al liquido y el liquido toma el calor.
Todo esta hirviendo. Él liquido usa el calor para evaporarse. En la destilación se produce transporte de calor y transporte de masa.
Es como una calesita grande, con compartimentos ( como si fuera tajadas de una torta).
En uno de dichos compartimentos tiro la semilla y en otro compartimento descarrila semilla ya tratada.
La semilla hace un recorrido en el sentido de las agujas del reloj desde que entre hasta que sale.
En sentido contrario a las agujas del reloj coloco el solvente puro por bombeo.
Para la alimentación se utiliza un tornillo transportador y por otro lado el equipo consta de un piso cribado.
Todo el conjunto gira sobre una guía que tiene unas ruedas, pero hay un punto donde falta la guía, en ese lugar el fondo cae( descarga del producto tratado) , porque la bisagra que sostiene el piso no encuentra guía , luego sola la bisagra se vuelve a levantar porque encuentra guía y cierra otro sector para permitir la carga.
Debajo de cada sección del equipo tenemos tolvas cerradas, como las del sistema lineal para poder alimentar las diferentes bombas al circuito de solvente, por eso los fondos exteriores son quietos, el solvente se reinyecta de uno a otro.
Este equipo tiene gran capacidad de trabajo 1000 toneladas por día
En este equipo al ser tan grande no hay lubricante tan grande que aguante ya que el mismo solvente se lo lleva, por eso se trata de que funcionen con baja lubricación hecha con la misma micela o con el mismo solvente.
Aceite crudo: trae consigo impurezas como partículas en suspensión, agua, mucilagos coloides, etc., se deben sacar para mejorar la calidad del mismo.
La extracción por prensado deja en el aceite mayor cantidad de partículas en suspensión y menos partículas solubles que la extracción por solvente.
Depuración: operación de separación rápida de los componentes grasos, mucilagos, gomas agua, coloides, sustancias en suspensión.
Separación de agua y/o partículas en suspensión.
Lo primero que se hace al aceite puro es una centrifugación, la cual debe ser rápida para evitar la hidrólisis de los triglicéridos que aumentaría la acidez libre.
Se usa una centrifuga tubular si la concentración de sólidos retenidos es menor al 1%.
Si tiene 25% de sólidos se utiliza centrifuga autodeslodante de boquilla ( continua).
Por filtración no porque el agua no pasa ya que es la fase pesada.
Decantación se podría pero es muy lenta y muy costosa.
Separación de colores: los mismos mecanismos de depuración van haciendo que el color desaparezca ya que este se absorbe en los elementos que se van separando.
En caso de que el color persista se lo elimina en el proceso de decoloración en la etapa de refinación.
Desmucilaginacion o desgomado: es la separación de sustancias proteicas, coloides o partículas pequeñas en emulsión ,fosfolípidos, ceras mucilaginosas, gomas, sustancias resinoides, etc. que con el tiempo pueden polimerizar y precipitar.
Eliminación de las gomas por medio de ácidos: consiste en aplicar pequeñas cantidades de ácido sulfúrico a temperatura baja o moderada.
El ácido hace que carbonice y precipiten las proteínas, gomas, pigmentos, sin embargo también pueden atacar a lo glicéridos y producir una ligera sulfatación de los mismo, esto debe evitarse pues esto significa la aparición a menudo de un color rojizo que ya no puede eliminarse.
La concentración del ácido no debe ser demasiado elevada y la temperatura no debe exceder de los 25- 30ºC. Habitualmente se emplea ácido sulfúrico de 66ºBe.
Técnica:
Se Agrega una llovizna de ácido sulfúrico conc. 66ºBe, dispersado sobre el aceite que se encuentra en un tacho con un agitador, éste ejerce una acción deshidratante haciéndola a la emulsión inestable en la fase oleosa, aumentando su solubilidad en la fase acuosa.
Se deja unos minutos , luego se para el agitador y se separa por centrifugación o se deja decantar .
Él ácido se separar por el fondo del recipiente.
Por ultimo se lava rápidamente con agua , se agita se deja decantar y se separa , este lavado se repite 2- 3 veces.
Acido fosfórico: si utilizamos H3PO4 éste se vincula con los fosfatos de los fosfolípidos y los mantiene solubles en la fase acuosa.
Con este ácido se pueden eliminar fosfatos y mucilagos del aceite de soja – conc 40 – 65 %
Técnica:
Tengo aceite a 35ºC con agitación en un tacho y agrego un 1% de esta solución, se calienta rápidamente hasta 60ºC y luego añado 0.2% de agua y agito durante 10 minutos y se deja en reposo, hasta sedimentación total.
Después de purgar las aguas calcáreas, se neutraliza con amoniaco NH3 por cualquier residuo de H3PO4 que pudiera quedar.
Eliminación de gomas por hidratación: Los fosfolípidos , proteínas y otras impureza coloidales que están disueltas en el aceite o forman una firme dispersión coloidal cuando este esta seco , cuando se les agrega agua , se hinchan considerablemente hidratándose y forman geles de menor peso especifico que se separan del aceite en forma de partículas floculentas, si se deja en reposo , van cayendo gradualmente al fondo del recipiente.
Los aceites brutos extraídos con solvente reciben con frecuencia un tratamiento de hidratación para eliminar residuos del solvente, se hace pasar corriente de vapor para recuperar la lecitina que en el aceite de soja está presente en un 1.5 – 3%, por su aprovechamiento económico.
Técnica 1: se calienta el aceite bruto hasta 50ºC , mas agitación intensa, luego se rocía su superficie con 2- 4 % de agua caliente. las temperaturas más bajas en este proceso favorecen la separación e hidratación y en unos 15 a 30 minutos la mezcla queda lista para ser centrifugada ya que en ese intervalo de tiempo se produce la floculación
Tecnica2: se utiliza para la recuperación de lecitina, consiste en dispersar en el aceite una pequeña cantidad de agua a 60ºC y luego enfriar la mezcla hasta temperatura ambiente en menor de 30 minutos.
Empleo de soluciones acusas de electrolitos: se mezcla el aceite con soluciones acuosas muy diluidas de electrolitos como soda cáustica, cloruro de sodio, fosfato de sodio, a unos 50ºC , dejando sedimentar la capa de mucilagos.
Ejemplo: agrego agua + sal que hidrata las partes hidrosolubles de lo que esta soluble en suspensión, se calienta a 70- 80 ºC para mejorar la coagulación y luego se deja decantar para finalmente separar.
Si el fosfolípido tiene el fosfato en la posición 2 el agua no lo saca, entonces se recurre a un deshidratante fuerte como el ácido fosfórico.
NEUTRALIZACIÓN
Se elimina la acidez libre, provocada por los ácidos grasos libres, mediante el agregado de una solución de álcali que puede ser hidróxido de sodio, o carbonato de sodio.
La proporción y concentración de álcali a utilizar depende de la acidez que presente el aceite.
También se van partes de las sustancias colorantes y oloriferas, adsorbidas en los jabones.
El alcali modifica la condición de hidratación de las gomas por eso los debo eliminar antes para que no precipiten cuando neutralizo.
Aceite +acidez libre + hidróxido de sodio = aceite neutro + jabón
Proceso discontinuo: se rocía el aceite con el alcali elegido , generalmente hidróxido de sodio, se agita para hacer una dispersión obteniéndose un jabón, esto tiene que estar bien regulado para que no se forme mucha espuma con el agua y para evitar la saponificación de los triglicéridos por eso se trabaja en 2 etapas:
Primer etapa: se agrega una cantidad de alcali suficiente para neutralizar el 90- 95 % de los ácidos grasos libres, se decantan y se separan los jabones y se lava con agua .
Segunda etapa. Se agrega la cantidad de alcali restante para neutralizar el 5- 10 % de acidez . esta etapa tiene la ventaja de que se trabaja con un menor volumen de solución que en la primer etapa y se tiene menos perdida de aceite por saponificación( se agrega un exceso de solución de alcali)
Proceso continuo, combinación de neutralización- Desmucilaginacion.
Cuando la producción es de grandes volúmenes de aceite se realiza un proceso continuo, en la cual se combinan las etapas de neutralización con la desgomado.
Se parte de un tanque pulmón de aceite que lo envío por bombeo a un recipiente donde se dosifica un deshidratante para desmucilaginarlo( desgomarlo) , es una cantidad regulada por una bomba.
El deshidratante generalmente es ácido fosfórico concentrado que no es corrosivo, no carboniza las sustancias orgánicas.
En el recipiente se mezcla y de ahí se lleva a una centrifuga que separa la fase ácida de los mucilagos .
Luego se agrega hidróxido de sodio para neutralizar la acidez del ácido fosfórico mas la que haya quedado de los ácidos grasos libres.
Se obtienen jabones que se separan por centrifugación y a los remanentes en el aceite se los separa con un lavado con agua y se vuelve a centrifugar.
Posteriormente se realiza una segunda neutralización con hidróxido de sodio , se centrifuga y se hacen 2 etapas mas de lavado semejantes a las anteriores.
Como en el aceite queda una cierta cantidad de agua , se separan por calentamiento con vacío o inyección de vapor vivo.
El aceite ingresa precalentada a temperaturas mayores que la de vacío de manera que cuando ingrese en el equipo se evapore rápidamente el agua sin alterar el aceite.
COMO NO PUEDO OCUPAR EL HIDROXIDO DE POTASIO PORQUE ES SOLIDO , INSOLUBLE EN ACEITE SE USA UNA SOLUCION DE HIDROXODO DE SODIO QUE EN REFINACION DE ACEITE SE EXPRESA EN GRADOS BEAUME.
Se realiza luego de la neutralización, en caso que el aceite quede con un color verdoso o anaranjado.
Para ello se usan sustancias adsorventes que poseen puntos activos en su superficie exterior (reaccionan con los orbitales deslocalizados, hay superposición de orbitales con las sustancias colorantes).
Se trata de arcillas , carbón activo, tierras activadas que poseen un alto nivel de porosidad, al ponerlos en contacto con el aceite y agitar los pigmentos contenidos en este son adsorbidos por estas tierras.
Proceso discontinuo: se mezcla el aceite caliente con el carbón activado al que previamente se le hizo vacío para eliminar el aire de los poros, para que el aceite pueda difundir por ellos.
La mezcla se agita y se calienta y se da un tiempo para que el carbón cumpla su función y tenga lugar el proceso difusivo. Todo el proceso se debe controlar para que la reacción no se revierta.
Proceso continuo: las arcillas comunes son silicatos tratadas con ácidos para activarlas y aumentar la porosidad, el carbón activo es muy selectivo, por eso es muy común usar una mezcla de ambos que se añade en forma permanente al aceite( por medio de un tornillo transportador) se realiza una mezcla en frío y luego se calienta hasta 90- 100ºC en que dicha mezcla ingresa a una cámara de vacío, el vacío acelera la velocidad de difusión de los pigmentos y al mismo tiempo evita la presencia de aire en el medio, no se corre el riesgo de que el aceite se oxide.
No mas de 90- 100ºC porque las tierras activadas tienen en su estructura H y O , si lo pierden no trabajan porque se deshidrata y se modifica su estructura cristalina pierden poros
En el interior de a cámara se continua agitando y parte de la mezcla se saca por un costado se la calienta hasta unos 105- 115ºC y se la reinyecta, la temperatura ayuda a la difusión y desciende la viscosidad.
Se necesitan unos 15- 40 minutos para que se de el proceso difusivo.
Por ultimo se obtiene una suspensión de las tierras mas carbón activado con el aceite que se separa en un filtro prensa.
Normalmente los equipos para el proceso continuo trabajan solos se los auto regula en todos los parámetros, temperatura, presión, vacío, etc.
Si se recuperan las tierras activadas y los carbonos activados una vez usados , ya que queda aceite retenido en los poros así que el proceso apuntara a rescatar esa materia prima , recurriendo a la extracción con solvente hexano.
Elimina olores extraños provocados por aldehídos, cetonas, los olores tienen una presión de vapor alta ( son volátiles) y por eso lo podemos oler.
Se mejora su tendencia a volatilizarse calentándolos y haciendo vacío, aumento la temperatura desciendo la presión. Se trabaja a temperaturas de 150 160ºC con esta temperatura nos están asegurando que todas las sustancias al ser volátiles alcanzan su punto de ebullición, es decir nos aseguramos que estén en forma de vapor.
Introduzco en una torre de destilación, a la cual se le hace vacío el aceite caliente e inyectándole a la torre vapor de agua recalentado ( con condensa casi es un gas), por abajo que actúa como elemento de arrastre, también se podría usar aire caliente pero como es oxidante se prefiere el vapor que transfiere calor, mantiene calor en el medio y a su vez baja la viscosidad del producto porque burbujea dentro de la masa y eso es lo que genera el arrastre.
Como el vapor es recalentado no se condensa en el aceite por eso se obtiene un aceite desodorizada y seca (sin agua).
Existen muchos tipos de diseños de torres de destilación , pero el objetivo es el mismo en todas, tratar de poner en contacto lo mas intimo posible la masa de vapor que sube con el aceite liquido que esta cayendo, hay una transferencia adecuada de difusión en la masa.
Se trabaja con una presión de 30- 25 mmHg porque estamos haciendo vacío, así que a la columna se le agrega un condensador con una salida a un sistema de eyectores al final, para que haga el vacío y saque los incondensables constituidos por agua y sustancias aromáticas.
HIBERNACIÓN O DESMARGARIZACION – WINTERIZACION
Los aceites con un índice de yodo (IY) de aprox. 105 contiene glicéridos de puntos de fusión lo suficientemente altos como para depositarse en forma de cristales sólidos cuando se mantienen a temperaturas moderadamente bajas. Esto perjudica las propiedades del aceite. El aceite de mesa debe mantenerse claro y brillante sin enturbiarse o solidificarse a temperaturas de refrigeración.
Para lograrlo es necesario precipitar previamente los componentes de punto de fusión altos, separándolos por filtración. La mayor dificultad del proceso reside en conseguir el crecimiento de los cristales del glicérido de forma que al separarlos, retenga la menor cantidad posible de aceite liquido. Por esto, conviene que durante el proceso se formen cristales grandes, bajando lentamente la temperatura. Algunos aceites contienen una cantidad considerable de sustancias cristalizables.
La precipitación se hace en grandes depósitos, mantenidos en cámaras refrigeradas. La cristalización se hace con la solución en hexano, y en este caso los sólidos precipitados cristalizan en forma más compacta, dura y fácil de separar. Una vez que se forma la nucleacion, el aceite en cristalización se mantiene en reposo, para evitar la desintegración de los cristales. La masa separada se conoce como estearina.
Las grasas de punto de fusión alto retiradas pueden utilizarse en la elaboración de otros productos
Llega el aceite bombeándolo a un sistema de enfriamiento, por ejemplo enfriador de placa y de allí va a tanques, puede haber varios en una línea para hacer diferentes etapas del proceso 1º llenándose 2º plena cristalización y un 3º , la etapa siguiente separa los cristales de grasa sueltos que se formaron en los tanques , se deja fluir por gravedad a un filtro prensa o se bombea con una bomba de cavidad desplazable , que no genere corriente si no que transporte , el objetivo es bombear lo mas suavemente posible para que no los rompa.
¿qué me conviene hacer una vez que vacío un tanque , dejarlo en reposo o recagarlo inmediatamente? Generalmente se lo deja en reposo de 24- 72 horas para que cuando se lo recargue , la nucleacion se de mas rápido y se acelere el proceso de cristalización .
PROCESO OPCIONAL – DESTILACIÓN DE ÁCIDOS GRASOS.
Los aceites no tiene punto de ebullición porque antes se crakean, pero los ácidos grasos si tienen punto de ebullición que depende de los PM .
El aceite tiene mezcla de ácidos grasos desde cadenas C 12 a C20 por arriba de los 200ºC el aceite se nos va a crakear.
Por esto se aplica vacío para tratar de bajar el punto de ebullición, estamos hablando de un vacío de 2 mmHg donde separo los ácidos grasos mucho más conveniente que en el caso de la neutralización, porque no necesito de una serie de centrifugas ni agregar reactivos químicos y no tengo jabones.
El proceso de destilación de ácidos grasos libres reemplaza aa la neutralización, también cumple la función de desodorizacion, método caro por el gran consumo de vapor.
EXPELLER VALOR ECONÓMICO
El expeler es el residuo del aceite extraído por prensado contiene un alto valor proteico y se destina a la elaboración de productos balanceados.
El expeler de soja se destina a exportación y para manejarlo mejor se lo peletiza haciéndolo un producto compacto. El expeler se paga por su contenido en proteínas más grasa PROFAT que debe ser aprox. 44% si tiene menos de esto se castiga en el precio.
OBTENCIÓN DE CONCENTRADO Y AISLADO PROTEICOS
De la torta desolventizada se pueden obtener 2 productos.
Concentrado proteico: se calienta la torta para inactivar las enzimas y se lava para eliminar los solubles aprox. 48% se obtiene un concentrado de 44- 52% en proteínas que se destina a los frigoríficos para elaboración de chacinados y embutidos ya que tienen buenas propiedades emulsionantes.
En la obtención de los concentrados no se daña a los proteínas sino que se van eliminando los solventes y se va concentrando.
Aislado proteico: se obtienen por selección de proteínas por ajuste de ph, se van obteniendo por el punto isoelctrico de la proteína . Se lo texturiza imitando la carne y se emplean en hamburguesas, milanesas.
Jorgelina Giménez
Analista de Alimentos