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Procesos de Refinamiento y Manufactura de Grasas y Aceites




Enviado por chemup



     

    1. Introducción
    2. Refinamiento de aceites
    3. Neutralización
    4. Decoloración
    5. Desgomado
    6. Desodorización
    7. Winterización
    8. Hidrogenación
    9. Generación de residuos y aspectos
      ambientales
    10. Apéndice A
    11. Apéndice B
    12. Bibliografía

     

               
    – 1 –

    INTRODUCCIÓN

     

    Este reporte, cuya finalidad primordial es informativa,
    lo realicé como  proyecto del tema
    de grasas y lípidos de
    la clase de
    Bioquímica
    general.

    Su tema es el de manufactura de grasas y aceites, y
    muestra al
    lector de manera sencilla y concreta los principales procesos en la
    tecnología
    de aceites comestibles.

    La bibliografía utilizada es de alto
    reconocimiento, teniendo autores reconocidos como Badui o Primo
    en sus últimas ediciones.

    Se evitó dar muchos ejemplos de los procesos,
    para que no se alargara mucho la información y en su lugar se colocaron
    esquemas y dibujos, las
    cuales son explicadas en el formato de CD que viene
    junto este trabajo.

    No hubo muchas limitantes, pues los procesos descritos
    están altamente estudiados y estandarizados. El
    único problema aparente, fue el de búsqueda de
    información fuera de los libros, pues
    la mayoría de ellos viene o en inglés
    o proviene de otros países fuera de México,
    siendo información que necesitaba una "revisión"
    para incluirse dentro del reporte.

    También, como parte del reporte, se
    incluyó una parte de los problemas
    ambientales que se producen a causa de los procesos de
    refinamiento. Esto encaminado a crear una conciencia al
    lector a utilizar y exigir tecnologías limpias 
    cuando vaya a adquirir productos.

    Además, quisiera recalcar la
    implementación de apéndices, donde, en el
    Apéndice A, se trata de explicar con detalles el proceso de
    extracción completo del aceite de
    soya. En el

    Apéndice B , se nombran las partes de varios
    equipos utilizados en los procesos.

    Finalmente, se recomienda a manera de conclusión,
    la investigación de nuevos usos para los
    aceites esenciales de especies y semillas oleaginosas, como en la
    medicina, en
    la industria de
    agroquímicos, de pesticidas "inteligentes" y claro esta,
    en la industria de los alimentos.

     

               
    – 2 –

    REFINAMIENTO DE
    ACEITES.

     

    Las grasas  y los aceites de uso comercial en
    alimentos provienen de diferentes  fuentes, pero
    existen muchas materias primas de donde se pueden extraer estos
    lípidos. Después de procesos para extracción
    de los tejidos adiposos
    de animales y los
    granos de oleaginosas, por medio de prensado o por diferentes
    solventes se obtiene los aceites de consumo.

    Excepto algunos finos, como los de oliva extra virgen,
    los aceites contienes impurezas que deben ser eliminadas. Es por
    eso que tienen que ser sometidos a diferentes procesos y serie de
    operaciones
    para eliminar las impurezas y conseguir mejores propiedades 
    organolépticas.

    Es necesario someterle a dichos procesos para liberarlos
    de fosfátidos, ácidos
    grasos libres, pigmentos y sustancias que produzcan mal olor y
    sabor.

      

               
    Neutralización.

     Es el proceso por el cual se eliminan
    ácidos grasos libres de los aceites, pero también
    reduce los monoacilglicéridos y fosfátidos que
    pudieron  haber quedado después del
    desgomado.

    La neutralización puede hacerse en caldera por
    cargas o en proceso continuo.

    Cuando es por cargas, se hace añadiendo al
    aceite una solución de sosa al 12-15%, en la
    proporción   estequiométrica deducida de
    una valoración previa. Esta operación se lleva a
    cabo  en una caldera provista  de un agitador y
    calefacción con vapor. La lejía se añade
    lentamente y se forma una emulsión en el aceite que luego
    se rompe. La emulsión, conforme aumenta la temperatura,
    se une en forma de pasta. La mezcla pasa a los decantadores donde
    se separa el jabón y el aceite.

               
    – 3 –

    En la operación se producen perdidas por
    saponificación. El aceite decantado retiene residuos de
    jabón que debe someterse a un lavado, cuidando que no se
    forme emulsiones.

    En las instalaciones continuas, el aceite
    disuelto en hexano, entra en un reactor de neutralización
    con agitación, junto con NaOH acuoso y alcohol. De
    allí pasa a un decantador donde se separan las fases y se
    recupera el aceite.

    La neutralización de aceites  con más
    de 12% de ácidos grasos libres es complicada, por que la
    abundante pasta formada es difícil de separar y las
    pérdidas son grandes. El proceso para la
    neutralización es entonces una destilación a vacío
    elevado.

    El procedimiento se
    basa en que los ácidos grasos libres pueden destilarse a
    un vacío elevado. Para eliminar la totalidad  de los
    ácidos grasos, sin deteriorar el aceite, se utiliza un
    vacío de hasta 5 mmHg y calentándolo a una
    temperatura de 180-240ºC.

    Los aceites bien neutralizados contienen menos de 0.1%
    de ácidos grasos libres. Esto es recomendable
    especialmente si los aceites se utilizarán para el proceso
    de hidrogenación.

     Mediante las formulas estequiométricas
    dadas en el American Oils Chemist´s Society y utilizando el
    valor del
    contenido de ácidos grasos libres (ACG) del aceite crudo,
    se calcula la cantidad de hidróxido de sodio necesario
    para la neutralización.
     

     

    NaOH/100 g de aceite =   %
    ACG     + 0.71

                                                      
                                         4.36

               
     

               
    – 4 - 

     

    Figura 1.1.  Dibujo de
    instalación de sistema de
    decoloración.

     

    Decoloración
    (Blanqueo).

     

    El aceite neutro y lavado se decolora
    añadiendo  tierras adsorbentes (arcillosa o
    silícea). Las arcillas son tratadas con ácido
    clorhídrico o sulfúrico diluidos. El aceite y
    la tierra se
    agitan, a temperaturas máximas de 90ºC. La cantidad
    de tierra
    necesaria depende de la cantidad de color del aceite
    y del grado de decoloración  que se quiera obtener. A
    veces se utilizan mezclas de
    tierras y carbón activado (5-10%)  para obtener
    mejores resultados. El aceite decolorado se filtra mediante
    filtro prensa y la
    tierra usada se desecha.

    (La clorofila se fija bien a las arcillas y los
    carotenoides oxhidrilados son absorbidos por las tierras neutras
    y básicas, mientras que los betacarotenoides  y el
    gosipol no lo hacen así.)

    En las instalaciones modernas la decoloración se
    hace en proceso continuo y al final se utilizan dos filtros
    prensa, uno en uso y otro en limpieza
    alternativamente.

    El color de los aceites disminuye considerablemente
    durante la hidrogenación, debido a la
    desaparición de grupos
    cromóforos, debido a la reducción de enlaces
    π.

     

               
    – 5 –

               
    Desgomado.

     El objetivo es
    eliminar los fosfátidos y glicolípidos, que se
    extraen de las semillas disueltas con el aceite. Es importante el
    proceso debido a que sin este refinamiento, los
    triglicéridos se alteran con mayor facilidad y adquieren
    sabores y olores desagradables (Otros problemas
    indeseables son: decantación en los tanques de almacenamiento,
    mayor susceptibilidad a la oxidación, formación de
    espumas durante el calentamiento).

    El proceso consiste en tratar el aceite con agua o vapor,
    para que los fosfátidos se hidraten y  precipiten, al
    hacerse insolubles en la fase grasa. Se realiza en tanques
    dotados de un agitador, para incorporar el agua (2%
    v/v) a una temperatura de 70ºC.

    El aceite pasa  a una centrifuga de gran velocidad, en
    la que se separan los fosfátidos, junto con el agua en
    exceso, del aceite desgomado.

    Los fosfátidos son deshidratados, y éste
    contiene otros lípidos e impurezas, y es de donde se
    obtienen las lecitinas. Puede ser tratado con peróxidos
    para obtener productos más claros. (Las lecitinas
    obtenidas tienen un valor comercial y se aplican, por su carácter emulgente, en diversas industrias de
    alimentación.)

     

     

    Figura  1.2  Esquema de
    equipo de neutralización.

     

               
    – 6 -     

     Desodorización.         

    El aceite decolorado se desodoriza, a vacío,
    en     un recipiente donde se caliente
    a

    150-160ºC, mientras se la pasa una corriente de
    vapor directo. Las sustancias volátiles son arrastradas,
    dejando el aceite libre de olores y con sabor suave.

    En los desodorizadores continuos el aceite cae en
    láminas delgadas, dentro de una torre de
    calefacción,  a vacío y a vapor de agua a
    contracorriente.

    Hay que evitar  todo contacto con el oxigeno, pues
    produce oxidaciones indeseables; el vapor que se utiliza debe
    estar desaireado, no debe de haber entradas de aire y el
    vacío debe ser muy elevado.

    A veces se añaden secuestradores (esteres de
    ácido cítrico) para impedir la acción
    catalítica de los iones metálico. En la
    operación se destruyen también los
    peróxidos.

     

     Figura 1.3. Esquema de equipo de
    desodorización

      

    • 7 –

    Winterizacion
    (hibernación).

     

    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 nucleación, 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

     

                
    – 8 –

    Hidrogenación.

     

    La saturación con hidrogeno de
    los enlaces dobles, en los glicéridos con cadenas de
    ácidos grasos insaturados, da lugar a la elevación
    de puntos de fusión y naturalmente a la disminución
    del ÍY.

    La saturación se produce por reacción de
    los aceites con hidrogeno, en presencia de un catalizador de
    níquel.

    La reacción de saturación es
    exotérmica y se realiza a presión y
    temperaturas elevadas, manteniendo muy poco contacto con el aire.
    Se utilizan aproximadamente 500 g  de catalizador por
    tonelada de aceite. En la hidrogenación, el IY va
    disminuyendo. En un comportamiento
    ideal, la hidrogenación completa se obtiene cuando el
    IY=0.

    La reacción de hidrogenación es selectiva
    y los ácidos grasos más insaturados tiene tendencia
    a reaccionar primero. Esta selectividad se usa para hacer
    hidrogenaciones parciales selectivas de aceites.

    Pueden formarse someros trans por la
    acción del catalizador. Se producen reacciones
    hidrogenación-deshidrogenación que dan lugar a
    desplazamientos de dobles enlaces, existiendo glicéridos
    que son isómeros de posición y geométricos,
    de los naturales.

    La hidrogenación puede dirigirse mediante el
    empleo de
    catalizadores selectivos.

    El aceite seco se mezcla con el catalizador y se
    introduce en el reactor, en el que se calienta con
    agitación; cuando ha alcanzado una temperatura adecuada,
    se inicia la introducción del hidrogeno a
    presión. El aceite, el gas y el
    catalizador deben de estar en íntimo contacto, por lo cual
    se utilizan un agitador. La temperatura del proceso varía
    según el aceite utilizado, y oscila entre los 100 y
    225ºC, y la presión 1-4 atm.

    La hidrogenación es un proceso exotérmico,
    la temperatura se controla mediante agua que circula mediante
    unos serpentines de refrigeración.

    Cuando se ha alcanzado el grado de hidrogenación
    deseado, se cierra la entrada de gas, se enfría la mezcla
    sin bajar el punto de fusión y se filtra par recuperar el
    catalizador y obtener grasa limpia.

    El índice de refracción (IR) varia
    según el numero de enlaces dobles presentes. El valor
    absoluto del IR depende del IY y del peso molecular medio de los
    glicéridos.

     

    Figura 4.1.  Esquema de equipo de
    hidrogenación.

     

         

     

    • 10 –

    GENERACIÓN DE RESIDUOS
    Y ASPECTOS AMBIENTALES.

     

    Contaminación del aire.

     

    La contaminación del aire en la industria
    aceitera se produce básicamente por las emisiones de las
    calderas.

    Varias plantas
    están transformando sus calderas para trabajar con
    gas natural, y
    de esa forma cumplir los requisitos de la Norma de contaminación del aire en cuanto a material
    particular. Con el uso del gas natural podrían aumentar
    los índices de NOx en la calidad del aire.
    Este es un punto que requerirá análisis y es susceptible de mejorar
    vía optimización del balance energético de
    la fábrica.

    El otro gran punto que puede provocar
    contaminación al aire son las emisiones de hexano en el
    proceso de extracción por solvente; y emisiones de
    hidrógeno y amoníaco.

     

    Molestias.

    El otro impacto ambiental
    asociado a la industria aceitera tiene relación con la
    generación de olores molestos. Los olores molestos son
    provocados principalmente en el proceso de refinación. Las
    inversiones
    asociadas a su tratamiento son caras, razón por la cual se
    privilegia la minimización de fugas y confinamiento de las
    zonas conflictivas.

     

    Caracterización de efluentes
    líquidos.

    El efluente líquido de la industria aceitera
    presenta como principales contaminantes aceites y grasas;
    sólidos suspendidos; contaminantes como DQO; DBO y
    conductividad.

     

               
    – 11 –

    La DBO5 está normalmente ligada a los aceites,
    grasas y sólidos suspendidos, por lo tanto al remover
    estos, los valores de
    DBO5 se reducen en un altisimo porcentaje.

     La DBO5 también puede verse afectada por el
    contenido de jabones y gomas, siendo éstas últimas
    muy comunes cuando se utiliza aceite de soya.

    Los sulfatos son aportados básicamente en el
    proceso de inversión de ácidos grasos, producto de la
    adición de ácido sulfúrico, y en el
    tratamiento físico-químico mediante la
    neutralización con el mismo ácido y la
    utilización de sulfato de aluminio como
    agente coagulante.

     

    Caracterización de residuos
    sólidos.

    En general los residuos sólidos generados en la
    industria aceitera ofrecen la posibilidad de reciclarse hacia
    otros rubros industriales, como ocurre con los descartes de
    plásticos
    utilizados en envasado de productos terminados y papel utilizado
    en los envases.

    El catalizador de Níquel utilizado en la
    hidrogenación es un polvo negro que queda retenido en los
    filtros prensa. Este se dispone como residuo sólido en
    vertederos en la mayoría de los casos, y en los menos se
    exporta a Estados Unidos
    para su recuperación. Este catalizador queda embebido en
    aceite. La recuperación del níquel puede ser
    electrolítica para producción de cátodos de
    níquel; o en ambiente
    ácido para producción de sulfato de
    níquel.

    Las tierras de blanqueo representan un importante
    residuo sólido. De hecho, se estima su uso entre 1% a 1,5%
    del total del volumen de aceite
    procesado. Las tierras de blanqueo son utilizadas por todas las
    industrias aceiteras que efectúan el proceso de
    refinación. Estas quedan embebidas en aceite, siendo
    la

    concentración de aceites del orden del 30-50% de
    las tierras evacuadas. A las tierras de blanqueo se les puede
    extraer el aceite por medio de un proceso de extracción
    por solvente. Este proceso de recuperación lo
    efectúan solo aquellas fábricas que procesan
    semillas.

               
    – 12 –

    Cuando se separa el aceite de la tierra de blanqueo, el
    extracto resultante puede ser utilizada como relleno de caminos,
    y como alimento animal (se admite hasta un 2% de estas tierras en
    la formulación del alimento). Cuando no se recupera el
    aceite son dispuestas en vertederos.

    Los lodos generados en la planta de tratamiento de
    aguas, con un altísimo nivel de aceites y grasas, son
    sometidos a un proceso de desdoblamiento. Este consiste en
    reducir el pH (<1) y
    agregar vapor para elevar la temperatura de estos. En esas
    condiciones, se generan tres fases: aceite, agua y borras. El
    aceite es reciclado al proceso productivo, el agua es retornada a
    la planta de tratamiento, y las borras son dispuestas como
    residuo sólido, o recicladas a otras
    industrias.

     

    Impactos ambientales actuales y
    potenciales.

     

    El impacto ambiental de la industria aceitera
    está concentrado en la problemática de riesgos
    potenciales de explosiones, efluentes líquidos, de los
    lodos producidos en su tratamiento y de los olores
    molestos.

    Las empresas
    productoras están en su mayoría conectadas a
    servicios de
    alcantarillado público. Por ello, las que no han
    implementado planta de tratamiento, pueden provocar
    obstrucción de las redes de alcantarillado por
    solidificación de aceites y grasas. Si se implementa un
    tratamiento previo no se tendrá ningún problema
    para su disposición en redes de alcantarillado
    público.

    La DBO5 disuelta de los efluentes tratados se
    mantiene en el rango de 300 mg/lt, con máximos posibles
    del orden de 500-600 mg/lt. Es por ello, que no tiene sentido la
    construcción de plantas biológicas
    para pulido de la DBO5 por cuanto son niveles que pueden tratarse
    sin problema alguno en las plantas municipales.

               

    – 13 –

     

    APÉNDICE
    A.

     

    Proceso de Refinamiento del aceite de
    Soya.

     

    El aceite que contiene de 0.5 a 0.75% de ácidos
    grasos, se mezcla mecánicamente con un ligero exceso de
    álcali que reacciona con estos para formar jabones. Se
    lava con 0.1 partes de agua a 71-80ºC y el agua se separa
    del aceite en un segunda centrifuga. Algunas plantas utilizan
    ácido fosfórico o cítrico en el proceso de
    lavado. El aceite se atomiza en un secador al vacío, para
    disminuir la humedad hasta 0.5-0.05%. El aceite es entonces
    blanqueado utilizando tierras Fuller (silicato de aluminio
    hidratado) y arcillas activadas como las bentonitas,
    montmorilonitas o carbón activado. Se mezclan el aceite y
    tierras a 110ºC y se atomiza en la cámara para
    desprenderse de la humedad fija. El aceite se bombea por un
    filtro cerrado para eliminar las arcillas.

    El aceite de soya se mezcla casi siempre con un 10
    al  20% de aceite de algodón
    y se hidrogena para obtener las grasas correspondientes. El
    aceite blanqueado se hidrogena hasta que tenga un  IY de 107
    y se inverna para obtener un producto con un IY de
    110.

    La hibernación puede hacerse  enfriando el
    aceite aproximadamente a 13ºC durante 12 horas hasta que
    aparezcan los primeros cristales de grasa sólida. En las
    siguientes 18 horas la velocidad de enfriamiento se hace
    más lenta hasta llegar a 4 o 5ºC, y se mantiene a esa
    temperatura durante 3 días más aproximadamente a
    4ºC; después de que pasa una prueba en frío (
    20 hrs. a 0ºC) , el aceite  se desodoriza 
    haciendo pasar vapor caliente a presión reducida.  Un
    aumento de la temperatura de 177º a 232ºC
    incrementaría la velocidad de eliminación en nueve
    veces.

               
    – 14 –

    Algunos desodorizantes trabajan de 1 a 6 mmHG, mediante
    el uso de inyectores múltiples de vapor. Se considera
    normal una inyección de vapor del 5% del peso. Los tipos
    de desodorizantes utilizados son continuos y descontinuos: los
    últimos utilizan el mismo vacío para el aceite
    terminado y el que entra.

     

      

     

     

     

               
    – 15 –

     

     APÉNDICE
    B

     

      

     

     

               
    – 17 –

     Esquema de una instalación de
    neutralización de aceites De Smet.

    404= Mezclador, 415= Lavador-Decantador, 415M= Fase
    hexano, 415Z= Fase alcohol, 418= Evaporador, 419= Condensador,
    445= Columna rectificadora, 459 =Condensador,

    U= Mucílagos, AG= Ácidos grasos, H=
    Aceite, Z= Jabón, M= Miscela, W=
    Efluente,            
    X= Hexano, A= Alcohol.

     

               
    – 18 –

               
    BIBLIOGRAFÍA.

    DESROSIER, N.W. "Elementos de tecnología de
    alimentos" Ed. Continental. 11ª Reimpresión,
    México 1996, pags. 210-211

    BRENNAN, J.G. "Las operaciones de la ingeniería de los alimentos" Ed.
    Acribia,

    Edición, España
    1998, pags. 257-258

    PRIMO, Y.E. "Química de los
    alimentos", Ed. Síntesis.
    España 1998, pags. 186-195

    BADUI, S. D. "Química de los alimentos" Ed.
    Pearson Education. 3ª Edición. México 1999,
    pags. 233-241

    Excerpted with permission from The
    National Cottonseed Products
    Association
    Guide to Edible
    Oils.

    http://oregonstate.edu/instruct/nfm236/lipids/index.cfm

    "Manual de
    practicas de tecnología de granos II", Universidad 
    de Sonora, México 1995,

    pags. 18-20

      

     

     

     

    JORGE ALEJANDRO JIMENEZ MARTINEZ

     Hermosillo, Sonora, abril de 2004

    [1]
    El níquel es el catalizador más utilizado,
    pero se han desarrollado varios otros que conducen a la
    hidrogenación por vías peculiares. El platino y
    paladio dan lugar a isomerizaciones. Las sales de cobre son muy
    selectivas para hidrogenar el a. linoleico y formando pocas
    isomerizaciones. Los compuesto carbonilitos de cromo, hierro y
            – 9
    -                         
    cobalto produce, de igual forma, pocas
    isomerizaciones.

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