Contenido volumen 1 – procesamiento
I
1
FUENTES DE ACEITES Y GRASAS
Marisa A. B. Regitano-d’Arce y Thais M. Ferreira de Souza Vieira
II
PREPARACIÓN DE SEMILLAS OLEAGINOSAS
31
Héctor Carlos Autino
III
EXTRACCIÓN POR SOLVENTE
67
Aníbal Demarco
IV
DESGOMADO
97
Héctor Carlos Autino
V
NEUTRALIZACIÓN
143
Renato Dorsa
VI
CLARIFICACIÓN DE ACEITES Y GRASAS
161
Víctor Manuel Villa Salinas
VII
SÍLICA GEL
211
Carlos A. Bravo
VIII
DESODORIZACIÓN
231
Renato Dorsa
IX
MODIFICACIÓN DE LÍPIDOS
265
Fereidoon Shahidi y S.P.J. Namal Senanayake
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Temas Selectos en Aceites y Grasas
XVI
X
HIDROGENACIÓN E INTERESTERIFICACIÓN
299
Raquel Costales y Ariel Fernández
XI
345
FRACCIONAMIENTO
Etienne Deffense
XII
ANÁLISIS DE LÍPIDOS
365
Lireny Aparecida Guaraldo Gonçalves
XIII
CONTROL DE CALIDAD
401
Angela Orlando
XIV
ASPECTOS AMBIENTALES
435
Giovanni Castagna ÍNDICE REMISIVO
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465
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I Fuentes de Aceites y Grasas: materias primas industriales Marisa A. B. Regitano-d’Arce Thais M. Ferreira de Souza Vieira
1
INTRODUCCIÓN
Los aceites y grasas son substancias untuosas al tacto, de naturaleza triglicerídica o no. Los aceites y grasas de origen vegetal están presentes en organelas celulares de frutos o granos oleaginosos, llamados cuerpos lipídicos o esferosomas. Sea a escala comercial o a escala artesanal, estas vacuolas de aceite deben romperse para su liberación. Normalmente, el aceite se extrae de frutos como la palma y la oliva (aceituna) por prensado mecánico en frío o en caliente, dependiendo de las características del aceite que se busque producir o de la calidad inicial de la materia prima. Cuando se obtiene por prensado en frío, no se refina, pues, en detrimento del rendimiento del proceso de extracción, el aceite será bastante apreciado por el aroma y sabor del fruto original. Algunos granos con contenido de aceite superior a 30%, como maní y algodón, también pueden ser procesados para la producción de aceite a través del prensado a escala comercial. Con la evolución de los procesos, sin embargo, la extracción por solvente hexano, volátil y derivado del petróleo, mucho más eficiente en el agotamiento del aceite, se incorporó al proceso antiguo o lo substituyó, produciendo tortas, esto es, harinas con menos de 1% de aceite, que se conservan por más tiempo que las tortas, generadas por prensado (Regitano-d’Arce, 2006a). El interés industrial por una materia prima es siempre orientado por el valor comercial del aceite, o grasa o por el subproducto, harina, cáscaras y otros, que, en el caso de las materias primas de origen vegetal, representan más de 50% del peso del grano o fruto, alcanzando un 80% en el caso de la soja (Tablas I y II). En ese caso, las harinas normalmente son fuentes de proteínas, que, en ausencia de compuestos antinutricionales, irán directamente a componer raciones para animales, práctica adoptada desde el siglo XVIII, o dietas humanas. La digestibilidad es el criterio establecido para el uso de estos residuos de la extracción de aceite en las dietas (Bockisch, 1998a).
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6
Temas Selectos en Aceites y Grasas
en el caso de la manteca de cacao (Padley et al., 1995). A seguir, son presentadas algunas características de aceites y grasas de importancia comercial actual. TABLA V
¦ Producción mundial de oleaginosas 2001/02-2005/06 (millones de toneladas métricas) 2001/02
2002/03
2003/04
2004/051
2005/062
185.09
197.03
186.75
215.33
224.12
Algodón
36.38
32.72
35.57
45.23
42.31
Soja Maní
33.81
30.82
32.49
33.12
33.09
Girasol
21.39
23.94
26.71
25.69
29.98
Colza/Canola
36.03
32.90
39.42
46.06
46.42
Copra
5.21
5.11
5.37
5.39
5.38
7.20
7.78
8.45
9.53
9.71
325.12
330.30
334.89
380.33
390.99
Palmiste Total 1
Datos preliminares; 2 Previsión.
Fuente: ERS/USDA (2006).
TABLA VI
¦ Producción mundial de aceites vegetales 2000/01-2005/06 (millones de toneladas métricas) 2000/01
2001/02
2002/03
2003/04
2004/051
2005/062
Soja
26.72
28.84
30.31
30.02
32.17
33.87
Palma
24.30
25.44
27.28
29.17
31.08
34.80
Girasol
8.46
7.48
8.17
9.17
8.86
10.46
13.33
12.92
12.03
14.12
15.20
16.59
Algodón
3.54
3.85
3.52
3.84
4.59
4.67
Maní
4.53
5.12
4.52
4.94
5.12
4.93
Coco
3.63
3.23
3.22
3.31
3.40
3.27
Oliva
2.49
2.74
2.39
2.82
2.61
2.28
Colza/Canola
Palmiste Total 1
3.06
3.12
3.30
3.60
3.79
4.20
90.04
92.75
94.74
100.98
106.82
115.06
Datos preliminares; 2 Previsión.
Fuente: ERS/USDA (2006).
2
MATERIAS PRIMAS DE IMPORTANCIA ECONÓMICA
2.1 Soja
La soja (Glycine max L. Merr.) es uno de los cultivos más antiguos y se cree que se originó en el noreste de China o en Australia, con opiniones divergentes (Salunkhe & Desai, 1984; Bockisch, 1998a). Existen relatos de su cultivo en la historia
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II Preparación de Semillas Oleaginosas Héctor Carlos Autino
1
INTRODUCCIÓN
La “Preparación” consiste en una serie de tratamientos mecánicos y físicos, que se le aplican a las semillas con el objetivo de optimizar la extracción, ya sea a través del prensado mecánico o bien en el caso de las semillas con bajo contenido de materia grasa como la soja, utilizando en forma directa la extracción por solvente. Resulta importante destacar que dentro del proceso de preparación, se realiza un acondicionado, cuya finalidad es la de calentar el grano para darle plasticidad o bien romper los tejidos que envuelven el glóbulo graso, con el propósito de optimizar el laminado o prensado de la semilla.
2
¿CUÁLES SON LOS OBJETIVOS DE LA PREPARACIÓN?
Todos los pasos realizados en esta operación apuntan a “liberar” el aceite del tejido que lo recubre y a su vez, acondicionar el grano para lograr una óptima extracción del aceite.
3
¿CÓMO SE EXTRAE EL ACEITE? Podemos utilizar básicamente dos métodos: • Prensado mecánico. • Extracción por solvente.
El prensado mecánico se realiza a través del uso de las denominadas prensas continuas, las cuales comprimen la masa de semilla preparada a presión elevada, logrando de esta manera liberar el aceite contenido en la masa, el cual escurre a través del barril de la prensa.
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38
Temas Selectos en Aceites y Grasas
14
14 6 12 15
1 B
14
2
15
13
7 3
E
F
9 14
4 5
FIGURA 5
G
14 8
11 10
¦ Esquema de procesamiento de semillas blandas
Fuente: BOCKISCH, 1988.
5.1 Preparación de la soja (CARLETTI, 2006)
Dada la gran importancia que tiene este proceso previo a la extracción, se debe conocer en profundidad cada una de las máquinas que lo componen. Hay que lograr de ellas, no sólo su máximo rendimiento de producción, sino también de eficiencia. Los errores operativos o de manejo pueden ser decisivos en la etapa final de extracción, dando como resultado valores de aceite residual inadmisibles para las modernas plantas de extracción dotadas de un elevado perfil tecnológico. La forma más clásica y simple de preparación de la soja consiste en: • Limpiar los granos. • Quebrarlos en cuartos y octavos. • Calentarlos entre 55 ºC y 70 ºC. • Laminarlos en hojuelas (flakes) de entre 0.28 y 0.38 mm de espesor. • Expandirlo o no como una etapa posterior al laminado, con el propósito de mejorar su comportamiento en el proceso extractivo.
Desarrollaremos a continuación, el esquema clásico de preparación, indicando las características más salientes de las máquinas que intervienen en esta etapa. La Figura 6, muestra el diagrama completo para el procesamiento de la semilla de soja.
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III Extracción por Solvente
Aníbal Demarco
1
INTRODUCCIÓN La industria aceitera es milenaria, se remonta lejanamente a través del tiem-
po. En los últimos siglos hubo algunos avances significativos. Pero, en lo que respecta a la extracción por solventes, los avances de las últimas décadas se basaron fundamentalmente en la capacidad de producción de las plantas. En los últimos 20 años se pasó de un límite de producción (capacidad nominal) de 2,000 MTPD a 14,000 MTPD en una unidad operativa aislada. Este cambio en el volumen de producción hizo que los mayores esfuerzos de los diseños de las plantas estuvieran enfocados a la seguridad operativa y a los máximos rendimientos de plantas, haciendo énfasis en los estándares de calidad y medio ambiente. Esto puede observarse con claridad en como han ido mejorando históricamente los valores de materias grasas residuales, consumos de solvente, consumos de energía etc. Los cambios de producción nombrados anteriormente trajeron aparejados la automatización y control en las plantas que cambiaron sustancialmente su forma de operación. Estos cambios hicieron que las nuevas plantas fueran posibles de operar. Otro punto de indudable trascendencia es la confiabilidad mecánica que se fue logrando en las instalaciones. Confiabilidad que vino de la mano del aumento de la capacidad instalada. Todo se convirtió en “grande”. Desde los transportes del material de entrada, extractores, desolventizadores, equipos de casco y tubos etc. Actualmente, hay transportadores cuyo tamaño es el que tenían los extractores hace unos años atrás.
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Extractor
Vapor Calentador de solvente
Harina a peletizado
Vapor
Tanque de miscela
Materia prima de preparación
Hidrociclón
A SWS
Economizador 1a etapa
Condensador atmosférico
A SWS
A columna de recuperación
Vapor
Vapor
“Stripper”
A “stripper” de agua
Evaporador de 2a etapa
Vapor
A SWS Enfriador gases atmosféricos
Economizador aceite/miscela
A SWS
Solvente desde SWS
Precalentador solvente
Condensador de vacíos
A tanques
Calentador de aceite
Vapor
Secador de aceite
Vapor
82 Temas Selectos en Aceites y Grasas
FIGURA 10 ¦ Esquema simplificado de las diferentes etapas de la destilación
Fuente: Gentileza de Desmet Ballestra.
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IV Desgomado Héctor Carlos Autino
1
INTRODUCCIÓN Las grasas y los aceites, tanto de origen vegetal como animal, juegan un rol
preponderante en la alimentación humana, fundamentalmente por el aporte calórico que las mismas otorgan y porque prácticamente 1/3 de las calorías incorporadas al consumo diario, provienen de dicha fuente. A fin de conseguir un producto más agradable para el consumo humano, los procesos de refinación pretenden otorgar a las grasas y aceites, características y propiedades que los conviertan en productos deseables para fines alimentarios. En dicho sentido, debemos definir que si bien los procesos de refinación se han ido modificando a través del tiempo en la búsqueda de optimizar las propiedades organolépticas (color, sabor y aroma) de los mismos, durante el desarrollo de las diferentes etapas se pierden compuestos que por sus características sería importante mantener, como por ejemplo los carotenos, tocoferoles, vitaminas y otros con menor presencia, pero que no por ello dejan de tener su importancia desde el punto de vista nutricional. Asimismo, resulta importante destacar que en ciertos países, en especial del Sudeste Asiático, se llegan a consumir aceites y grasas de distintos orígenes sin purificar, tal como ocurre en particular, con el aceite de oliva en la calidad extra virgen, el cual se consume tal cual ha sido extraído por el tradicional proceso de prensado en frío ó bien a través de la trituración y separación por separadoras centrífugas de fases, seguido de una filtración de pulido antes de su envasado y posterior consumo. En el pasado, el consumo de productos grasos estaba enfocado principalmente a la reducción de triglicéridos saturados, en virtud de que los mismos eran considerados perjudiciales para la salud y en especial por su gravitante incidencia en
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111
Desgomado
19 27 23 26 25 24
21 2 4 28 6 5 1 3 42 8 10 11 9
18 20 21 7
31 32 33 34 36 35 37
38
22
FIGURA 12 ¦ Tanque de maduración de aceites a desgomar Fuente: Gentileza de Alfa Laval, Argentina, 2006. Ingreso de producto
Dispositivo de ajuste fino para regular posición de fases
Salida
Alimentación hidrohermética Salida
Pistón deslizante Mecanismo de accionamiento directamente acoplado
Salida
FIGURA 13 ¦ Separador centrífugo autolimpiante Westfalia RSE 300 (4)
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V Neutralización Renato Dorsa
1
INTRODUCCIÓN La industria de procesamiento de aceites vegetales no es, sin duda, un sec-
tor que pueda ser incluido entre los más innovadores. Desde la concepción del proceso continuo de neutralización, los principios utilizados son básicamente los mismos. Los aportes han sido, básicamente: la integración del descerado a la neutralización, el desarrollo de los separadores centrífugos y la automatización y control del proceso. El crecimiento de la producción de combustibles de fuentes renovables, como el biodiesel, también contribuyó para el surgimiento de nuevas alternativas. En esta revisión, se hará un resumen de la tecnología actualmente utilizada, iniciándose por la caracterización del proceso de refinación alcalina. Los aceites vegetales obtenidos por el proceso de extracción mecánica (prensado) o química (solventes) tienen en su composición, además de los triglicéridos que los caracterizan, una serie de otros componentes, como las gomas, ceras, cetonas, aldehídos, pigmentos y, principalmente, los Ácidos Grasos Libres (AGL). La neutralización alcalina de un aceite vegetal consiste en hacer que los ácidos grasos libres, responsables por la acidez del aceite, reaccionen con una solución de sosa cáustica. Estos ácidos grasos serán entonces transformados en jabones y posteriormente removidos del aceite neutro por proceso de separación mecánica. Debido a la gran variedad de componentes indeseables presentes en los diferentes tipos de aceites, existen variantes del proceso de neutralización. El proceso más común es la neutralización en dos etapas, descritas a continuación:
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Neutralización
• pretratamiento con ácido fosfórico (concentración 75 a 85%) para posibilitar la eliminación de los fosfolípidos restantes; • neutralización con sosa cáustica diluida (16 a 20º Bé) y separación de los jabones.
La cantidad de ácido que debe ser utilizada puede variar entre 0.05 y 0.2%, dependiendo de la calidad del aceite, o sea, del contenido de fósforo residual. La cantidad de sosa a ser dosificada se calcula estequiométricamente de forma a neutralizar la acidez mineral (del ácido fosfórico) y también los ácidos grasos libres. Para que la neutralización ocurra y la separación de la borra (“soapstock”) sea efectiva, se adiciona un exceso de sosa, necesario para la formación del electrolito, favoreciendo la separación de los jabones y evitando la formación de emulsiones. Ácido fosfórico
Sosa concentrada Secado al vacío
Acondicionamiento ácido
Neutralización
Lavado
Borra
FIGURA 1
¦ Neutralización de aceite desgomado
El exceso de sosa puede variar entre 15 a 30% para los aceites de baja acidez (o sea, acidez menor que 1.2%) y de 30 a 50% para los aceites de acidez más alta. La mezcla del ácido fosfórico, así como la de la sosa con el aceite se hace en agitadores dinámicos intensivos de corto tiempo de contacto. Para el aceite de soja, donde se desea un tiempo de contacto mayor, debido a la baja acidez, se utiliza un tanque o reactor de contacto después del agitador, con permanencia de 5 a 7 minutos en agitación lenta.
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VI Clarificación de Aceites y Grasas Víctor Manuel Villa Salinas
1
INTRODUCCIÓN Clarificar es eliminar impurezas indeseables de un líquido o de una sus-
tancia. En el caso de los aceites o grasas es eliminar las impurezas indeseables que contienen y así hacerlos aptos para el consumo humano. La Clarificación es un proceso crítico en la refinación de los aceites y grasas. Clarificar es un término adecuado para describir lo que sucede en esta etapa porque su objetivo es incrementar la estabilidad oxidativa de los aceites o grasas al eliminarles los productos y los promotores de oxidación que los acompañan. Adsorción o proceso adsortivo es otra denominación adecuada, porque los productos y promotores de oxidación se eliminan en esta etapa por medio de adsorción. El término blanqueo usado durante mucho tiempo para denominar a este proceso, ya no es adecuado en estos tiempos para describir lo que sucede en esta etapa de la refinación, porque la palabra indicaría que el objetivo sería tan sólo el de disminuir los colores rojo y amarillo. Por supuesto que existe un efecto de blanqueo en la clarificación, pero hablando en términos estrictos, la disminución del color se lleva a cabo en cada uno de los procesos de la refinación. Aunque existen muchas refinerías que toman la disminución del color como parámetro para calificar al aceite clarificado, asumiendo que el resto de las impurezas indeseables disminuirán de forma similar al color: sin embargo la eliminación de los promotores y de los productos de oxidación no siempre observa un paralelismo con la disminución del color. El proceso de clarificación persigue tres objetivos: • adsorber las impurezas que aún permanecen después de la neutralización alcalina, como son los fosfolípidos, las partículas metálicas y los jabones; • adsorber la clorofila que es un poderoso pro oxidante del aceite;
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Clarificación de Aceites y Grasas
Permitió también el desarrollo de la neutralización o refinación modificada al sustituir, parcial o totalmente la etapa de lavado del aceite neutro. Además del aceite neutro, la sílica se ha aplicado con buen éxito al tratamiento del aceite crudo que es refinado físicamente, para disminuirle el fósforo y las partículas metálicas. El empleo de la sílica en el aceite crudo o en el aceite neutro debe decidirse no sólo con respecto a su eficacia sino sobre todo a su eficiencia, esto es, a la obtención del objetivo al menor costo de proceso. Su aplicación al aceite crudo o al neutro tiene condiciones propias y específicas de operación que veremos más adelante en la clarificación en dos etapas.
5
TECNOLOGÍA DE LA CLARIFICACIÓN
La clarificación es considerada actualmente el paso más crítico del procesamiento del aceite, ya que representa la mejor oportunidad para que el procesador supere la calidad variable del aceite con la cual tiene que trabajar. Contrario a otras opiniones, la clarificación es la única etapa que elimina los productos de oxidación problema ya que algunos de estos son no-volátiles a las condiciones normales de la desodorización (3). La clarificación como cualquiera de los actuales procesos de refinación de los aceites debe ser rentable para mantenerse vigente en la operación comercial, esto es la clarificación y los demás procesos deben ser eficientes. Por eficiencia entendemos aquí obtener el objetivo de la clarificación o de la refinación al menor costo. Conocer la calidad (valores) del aceite que entra a la clarificación (Tabla V) y la calidad que debe obtenerse en el aceite clarificado es el primer criterio útil para juzgar la rentabilidad de este proceso. A mayor cantidad de promotores y de productos de oxidación, mayor será el costo de la clarificación. Este criterio es muy importante porque es muy variable la calidad del aceite que se clarifica en las refinerías. TABLA V
¦ Parámetros de calidad del aceite antes y después de la clarificación Aceite a la entrada
Aceite a la salida
Calidad
Buena
Regular
Deficiente
Clorofila (ppm)
0.3-1.0
1.0-3.0
>3.0
<0.05
Fósforo (ppm)
5.0-10.0
10.0-20.0
>20.0
<1.0
Fe (ppm)
2.0-5.0
5.0-8.0
>8.0
<0.20
Cu (ppm)
0.1-0.2
0.2-0.5
>0.5
<0.05
Jabones (ppm)
20-50
50-100
>100
=0.0
Índice de peróxido
1.0-3.0
3.0-7.0
>7.0
=0.0 meq/kg
Índice de anisidina
0.5-1.5
1.5-3.5
>3.5
<6.0
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VII Sílica Gel Carlos A. Bravo
1
CARACTERÍSTICAS DE LA SÍLICA GEL PARA REFINACIÓN/ PURIFICACIÓN DE ACEITES, GRASAS Y DERIVADOS La Sílica Gel es una forma de dióxido de silicio de alta pureza, químicamente
inerte y completamente amorfa (no contiene material cristalino) con gran capacidad y selectividad para adsorber contaminantes polares. Es producida por reacción de silicato de sodio con ácido sulfúrico (Figura 1). Sobreviene entonces una reacción de polimerización que resulta en la formación de ácido silícico con una estructura porosa perfectamente definida y controlada. La porosidad y el diámetro de los poros son parámetros de gran importancia en el mecanismo de absorción. Estas propiedades junto con una adecuada distribución granulométrica determinarán la capacidad adsorbente y filtrabilidad de la Sílica Gel. Su aspecto es similar al de una esponja con innumerables poros interconectados (Figura 2). La combinación de su elevada área superficial y volumen de poros, hace a estos adsorbentes altamente efectivos en la remoción de jabones, fosfátidos y trazas metálicas asociadas (Figura 3). La Sílica Gel cumple o excede los requerimientos de la Food and Drug Administration (FDA) para aditivos en contacto indirecto con alimentos (Indirect Food Additive) y de la United States Department of Agriculture (USDA) para aditivos en contacto con alimentos/aditivo alimentario (Direct Food/Feed Aditive).
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223
Sílica Gel
3
“DENICKELING” (REMOCIÓN DE Ni DE HIDROGENADOS) La gran afinidad que presenta la Sílica Gel por los jabones de níquel, permite
obtener aceites y grasas hidrogenadas con muy bajas concentraciones de níquel residual (inferiores a 0.2 ppm). La dosis de Sílica Gel suele ser sustancialmente menor a la de una arcilla decolorante (de 1/3 hasta 1/5 parte). La Tabla VI compara un aceite de soja hidrogenado tratado con dos tipos distintos de Sílica Gel versus arcilla clarificante. La Sílica Gel permite obtener concentraciones menores de níquel residual aún en dosificaciones sustancialmente inferiores a las de la arcilla clarificante. La combinación de Sílica Gel con ácido cítrico suele presentar efectos sinérgicos. La Sílica Gel, sola o combinada con ácido cítrico, es generalmente incorporada en la etapa de post-clarificación (después de la separación física del catalizador en un filtro – filtro negro) y retenida en el filtro blanco (Figura 13). TABLA VI
¦ Aceite de soja – remoción de níquel
Aceite
Sílica “A” (%)
Sílica “B” (%)
Arcilla (%)
Ácido cítrico (ppm)
0.75
Níquel (ppm) Entrada
Salida
6.5
0.17
7.1
0.12
4.0
0.46
14.3
0.10
2.0
0.30
2.0
<0.20
Soja 0.10 0.60 Soja 0.16 0.15 Soja 0.10
200
Sílica Gel Filtro negro
Almacenamiento
Aceite pretratado
Reactor de hidrogenoción
FIGURA 13 ¦ “Denickeling”
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VIII Desodorización Renato Dorsa
1
INTRODUCCIÓN La desodorización, última etapa del proceso de refinación de aceites y grasas,
tiene como finalidad la remoción de substancias que le dan olor desagradable al producto. Esta etapa pretende también mejorar el aspecto, sabor, color y estabilidad del producto. Esta mejoría solo es posible si las etapas anteriores han sido realizadas correctamente, teniendo en cuenta que las deficiencias de procesos anteriores difícilmente son totalmente corregidas, afectando la calidad final del producto. El proceso de desodorización, además de remover los productos indeseables como cetonas, aldehídos, alcoholes y ácidos grasos libres de bajo peso molecular, retira también trazas de pesticidas organoclorados utilizados durante el plantío y solubilizados en el aceite en la etapa de extracción.
2
QUÉ ES LA DESODORIZACIÓN? La desodorización no es nada más que una destilación realizada con el auxilio
de vapor directo, utilizado como vehículo de arrastre de los volátiles. La utilización del vapor directo (“stripping”) permite una reducción de la presión de volatilización de los componentes que serán removidos, de forma que el proceso puede ser realizado a una temperatura que no cause daño al aceite o grasa. La desodorización se realiza, dependiendo del tipo de aceite, a una temperatura entre 180 y 270 ºC y presión residual (vacío) de 2 a 6 mbar. El tiempo de retención (permanencia del producto en el desodorizador en las condiciones de proceso) varía de 15 a 80 minutos, siendo lo más usual 45 a 60 minutos.
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Desodorización
4811 4816
4807 4813 4819
4818
4803
4801 4821
4804 4802
4810
4809 4805
FIGURA 1
9
4808
¦ Diagrama simplificado de la desodorización continua
DESODORIZACIÓN SEMI CONTINUA El modo de operación semi continuo (Figura 2) es aplicable, preferiblemente,
cuando los tipos de aceites o grasas son frecuentemente modificados. El proceso de desodorización se obtiene con el auxilio de vapor en vacío y en temperatura adecuada. El aceite pasa por la columna, de la parte superior a la
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IX Modificación de Lípidos Fereidoon Shahidi S.P.J. Namal Senanayake
1
INTRODUCCIÓN Aceites y grasas, así como proteínas y carbohidratos, son reconocidos como
nutrientes esenciales de la dieta. Son la fuente más concentrada de energía de cualquier alimento. El valor calórico de grasas (9 kcal/g) es el doble del de carbohidratos y proteínas (4 kcal/g). Aceites y grasas contribuyen para el sabor, color, olor y textura de los alimentos. Las grasas comestibles también actúan como vehículos de vitaminas liposolubles y aumentan la palatabilidad de los alimentos (1). Las grasas dietéticas son una fuente de ácidos grasos, incluyendo ácidos grasos esenciales, necesarios para asegurar una buena salud. Las grasas dietéticas son frecuentemente clasificadas en grasas “visibles” e “invisibles”: las grasas visibles son aquellas adicionadas a la dieta en alimentos como mantequilla, margarinas, “spreads”, aceites para ensaladas, grasa de cerdo y “shortenings”, mientras las grasas invisibles son aquellas naturalmente presentes en alimentos básicos, como leche, queso y carne (2, 3). Aceites y grasas son unidades químicas comúnmente llamadas Triacilgliceroles (TAGs), resultando de la combinación de una unidad de glicerol con tres unidades de ácidos grasos (1). Los TAGs son el componente predominante de la mayoría de los aceites y grasas comestibles. Sin embargo, los lípidos normalmente contienen pequeñas cantidades de varios componentes minoritarios e incluyen Monoacilgliceroles (MAGs), Diacilgliceroles (DAGs), fosfolípidos, pigmentos, esteroles, Ácidos Grasos Libres (AGLs), alcoholes grasos, vitaminas liposolubles y otras substancias (1,2). Las propiedades funcionales y características de calidad de aceites y grasas están directamente relacionadas al tipo de TAGs presentes. Los tipos de TAGs son determinados por la composición en ácidos grasos y distribución estéreo específica de los ácidos grasos en las moléculas de TAGs individuales.
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Temas Selectos en Aceites y Grasas
Después que se completa el proceso de hidrogenación, se remueve el catalizador de la grasa hidrogenada por filtración. Las condiciones típicas de la hidrogenación se encuentran en la Tabla II. ¦ Condiciones de la hidrogenación que afectan la selectividad
TABLA II
Hidrogenación selectiva o
Hidrogenación no selectiva
Alta temperatura (170 C)
Baja temperatura (120 oC)
Baja presión de hidrógeno (1 atm)
Alta presión de hidrógeno (>3 atm)
Alta cantidad de catalizador (0.05% Ni)
Baja cantidad de catalizador (0.02% Ni)
Catalizador selectivo
Catalizador no selectivo
Agitación lenta
Agitación rápida
Alto contenido de ácidos grasos trans
Bajo contenido de ácidos grasos trans
Curva SFI más inclinada
Curva SFI menos inclinada
Una mezcla efectiva es un requisito importante en el proceso de hidrogenación. La agitación cumple tres objetivos principales. Primero, es requerida para auxiliar en la disolución del hidrógeno; segundo, proporciona una mezcla uniforme del catalizador con el aceite; y, tercero, ayuda a disipar el calor de la reacción. La matéria-prima utilizada en la hidrogenación es usualmente un aceite obtenido por refinación cáustica y clarificación. Con la mejoría de los procesos de desgomado, existe una tendencia para hidrogenar aceites desgomados. Después del endurecimiento, los aceites son clarificados y refinados por refinación física. Los aceites para la hidrogenación deben atender a los requerimientos de calidad mostrados en la Tabla III. La Tabla IV ilustra el impacto de la hidrogenación (y de la “winterización”) sobre el perfil de ácidos grasos del aceite de soja. TABLA III
¦ Especificaciones de calidad de las materias primas usadas para el proceso de hidrogenación Parámetro
Especificación
Índice de peróxido
<0.5 meq/kg
Índice de p-anisidina
<10
Ácidos grasos libres
<0.05%
Humedad
<0.05%
Jabones
<25 ppm
Fósforo
<2 ppm
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X Hidrogenación e Interesterificación Raquel Costales Ariel Fernández
1
INTRODUCCIÓN
Los aceites vegetales y las grasas en su forma natural, salvo pocas excepciones, no presentan las características plásticas adecuadas para ser incorporados en un gran número de alimentos. Por lo tanto, generalmente es necesaria una modificación que les haga plásticos en un amplio rango de temperatura. Los métodos de modificación más utilizados por la industria para dar a las grasas y aceites la funcionalidad deseada para productos específicos son: hidrogenación, fraccionamiento e interesterificación. Dependiendo del caso puede ser necesario aplicar más de una de estas tecnologías, como así también usar más de una materia prima. También puede ser necesario, para obtener un producto de aplicación final determinado, efectuar el mezclado y ajuste de composición (“Blending” en inglés) de diferentes aceites y grasas, naturales o modificadas por alguno de los procesos mencionados. Mientras que en el pasado la atención fue dirigida hacia la reducción del nivel de grasas saturadas en los productos alimentarios, hoy en día se presta más atención al contenido de ácidos grasos trans y al contenido de vitaminas naturales en las grasas y aceites. Durante mucho tiempo, la hidrogenación parcial fue vista con buenos ojos como medio de obtener grasas plásticas de origen vegetal con un contenido relativamente bajo en saturados, en contraste con las grasas de origen animal. El uso de grasas de origen vegetal tuvo en el pasado, en muchos países, un significativo aumento debido a que los ácidos grasos saturados eran considerados un problema para la salud. Debido a la controversia actual acerca de la implicación de los ácidos grasos trans sobre la salud, y en respuesta a una legislación de los alimentos cada vez más
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parte, el interés hoy en día es preservar el valor nutricional de los ácidos grasos poliinsaturados en el aceite. Esto ha obligado a perfeccionar las técnicas de purificación, refinación, almacenamiento y envasado de estos aceites, siendo perfectamente posible obtener aceites con excelentes cualidades organolépticas y nutricionales y, al mismo tiempo, estables a la oxidación, sin necesidad de la hidrogenación parcial. TABLA I
¦ Efecto de la hidrogenación sobre la composición en ácidos grasos en el aceite de soja
Aceite de soja
Tiempo
Muestra
(min)
IY¹
(°C)
134
Aceite de soja 30
A1
120
Composición en ácidos grasos (%)
PG²
11.5
C16:0
C18:0
C18:1
C18:2
C18:3
Resto
11.2
3.8
23.0
52.4
8.1
1.5
11.4
3.9
34.6
45.0
3.7
1.4
A2 (ensalada)
60
109
15.5
11.9
4.3
44.0
36.6
2.0
1.4
A3
75
101
20.5
11.3
4.4
51.9
29.8
1.3
1.4
A4
90
96
23.5
11.6
4.4
60.6
21.3
0.7
1.4
A5 (fritura)
105
89
26.0
12.0
4.4
67.7
14.0
0.5
1.4
A6
120
87
28.0
11.9
4.7
69.7
12.2
0.3
1.3
A7
135
83
30.0
11.6
4.9
72.6
9.0
0.3
1.4
150
78
32.0
11.5
5.9
75.1
5.9
0.3
1.5
A8 1
2
IY: Índice de Yodo; PG: Punto de Goteo (Mettler DP). Fuente: Gentileza de Desmet Ballestra.
Cuando se requiere modificar las propiedades de fusión de los aceites, la hidrogenación se ha dirigido (total o parcialmente) hacia el incremento del grado de saturación y/o del contenido de ácidos grasos trans. En la Tabla II se muestran valores típicos del contenido de ácidos grasos trans en los productos obtenidos a partir de aceites de soja hidrogenados en diferentes condiciones. Hoy en día los ácidos grasos trans son considerados un problema para la salud, por lo que la generación de los mismos es indeseable, por lo que la industria está encaminando sus esfuerzos para disminuirlos o eliminarlos en la formulación de los alimentos.
3
ESTADO ACTUAL
3.1 Condiciones y mecanismo de la reacción
La hidrogenación conlleva la saturación de los dobles enlaces de los ácidos grasos insaturados, incrementando los enlaces sencillos y dando así ácidos grasos
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XI Fraccionamiento Etienne Deffense
1
INTRODUCCIÓN La cristalización de una grasa fundida o fraccionamiento a seco es la tecnolo-
gía de modificación de grasas del siglo XXI: es un proceso puramente natural que genera nuevas fracciones de composición química y propiedades físicas específicas, de mayor valor agregado, aumentando el valor de grasas naturales, como el bien conocido ejemplo del aceite de palma. Vamos a revisar los objetivos del fraccionamiento:
2
OBJETIVOS DEL FRACCIONAMIENTO A SECO DE GRASAS (TRIGLICÉRIDOS) (FIGURA 1) • El primer objetivo es la separación del producto triglicérido (TG) natural en dos o más fracciones de más valor y aplicación más amplia que el aceite de origen. Como ejemplo, la separación de aceite de palma en estearina de punto de fusión más elevado, oleínas como fracciones líquidas, usadas como aceites para ensaladas y aceites de cocina, y fracciones intermediarias o fracciones de fusión intermediaria con una gran variedad de puntos de fusión. • Mejorar la funcionalidad de productos naturales como la grasa de la leche: la modificación de la textura y de las propiedades reológicas para elaborar productos adecuados para uso en hojaldre o como mantequilla untable. • Concentrar componentes específicos como triglicéridos SUS (disaturados) por separación multi-etapas del aceite de palma para la producción de fracciones intermediarias duras de palma ricas en POP y POS. Estas fracciones
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Temas Selectos en Aceites y Grasas
En la Figura 8 se presenta el esquema del Fraccionamiento en seco multi etapas de aceite de palma con filtro prensa de membranas y en la Figura 9, los perfiles de sólidos de los productos obtenidos.
Estearina
Súper estearina IY 8-15 12-30%
6-30 bar
SOS IY 12-16
IY 28-33 18-22%
SOO IY 45-46
Estearina blanda IY 34-46 88-70% Aceite de palma 6-15 bar IY 51-53
PMF dura
IY 33-36 40% PMF blanda 30 bar IY 52-54 60% IY 45-50 50-45% Fracción similar a oleína
Oleína 6-15 bar IY 56-57 78-82%
IY 56 45-40% Súper oleína 6-15 bar IY 64-66 50-55% Oleína Top AOCS Punto de nube 3 oC IY 70-72 55-60% AOCS Punto de nube 2 oC
¦ Fraccionamiento en seco multi etapas de aceite de palma con filtro prensa de membranas
FIGURA 8 100 90
Ac eit ed
70
a ur
Fd
SFC (%)
PM
80
ep
60
alm
S e s t úper ea rin a
a
as
Est ear
F
30
eín
t PM
Ol
40
Sof
50
Est ear
20 10
ina
0 0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
ina
bla
dur a
nda
50
55
60
o
Temperatura ( C)
FIGURA 9
¦ Contenido de grasa sólida (SFC – “Solid Fat Content”) de las fracciones de aceite de palma deterinadas por Resonancia Magnética Nuclear (RMN)
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XII Análisis de Lípidos: una visión práctica Lireny Aparecida Guaraldo Gonçalves
1
INTRODUCCIÓN Y DESAFIOS Puede uno imaginarse que todos los lípidos pueden ser analizados química-
mente y cuantificados, de tal manera que al ser informados pudiera parecer como si hubieran sido evaluados siempre por las mismas técnicas analíticas. Desafortunadamente esto casi nunca es verdad, porque el solo hecho de consultar una tabla de datos sobre una serie de características y propiedades de diferentes grasas y aceites, normalmente genera dudas sobre estos valores, principalmente si no contiene la fuente de donde fueron tomados. Un ejemplo típico de este caso seria la cuantificación del contenido de colesterol en diferentes productos lipídicos, los cuales pueden ser analizados por técnicas diferentes (1), cada vez mas sofisticadas. Al realizar una comparación entre los datos encontrados en la literatura, podemos encontrar resultados totalmente diferentes, muchas veces con variaciones superiores al 100%, probablemente porque se usaron métodos diferentes en los análisis realizados, independientemente de haber utilizado muestras diferentes. Aparte de los enmarañados datos disponibles en la literatura, una comparación de muestras iguales analizadas en diferentes laboratorios, pocas veces ofrecen resultados que puedan ser considerados confiables, desde el punto de vista estadístico, a pesar de haber sido usadas las mismas técnicas. Un número cada vez más significativo de técnicas analíticas han sido evaluadas por pruebas entre laboratorios, donde técnicos hábiles y extremadamente precisos en sus resultados, terminan obteniendo certificados nominales que los habilitan sin restricciones para ejecutar los análisis en que fueron aprobados estadísticamente (2). Los laboratorios de industrias de alimentos que siguen las Buenas Prácticas de Manufactura (BPM)son constantemente evaluados por las matrices con muestras estandarizadas, a través del trabajo de sus técnicos de laboratorio, con diferentes
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en aceites, además de estar disponibles para análisis de aceites que fueron utilizados en frituras (18, 19, 20, 21, 22). Diamed F.A.T.S. esta compuesto de kits alternativos para cuatro métodos analíticos: ácidos grasos libres, índice de peróxido, prueba del TBA y de p-anisidina, pudiendo ser aplicados a muchos otros materiales, desde aceites refinados hasta aceites de otras fuentes más complejas (carne, pescados, tejidos frescos y raciones en general). Los kits DiaMed F.A.T.S. están compuestos por métodos colorimétricos rápidos y sencillos, medidos a 530-550 nm. La determinación de los analitos es obtenidas por etapas: Construcción de curvas de calibración, pruebas con controles, (soluciones de concentración conocida) y la extracción de los lípidos de las muestras. Las Tablas I, II y III muestran los kits disponibles, que pueden ser utilizados en diferentes productos y su desempeño en diversas matrices. TABLA I
¦ Aplicaciones de kits (DiaMed F.A.T.S.) de acuerdo con el producto a ser analizado Análisis
Aceites refinados
Aceites prensados, de fritura y matrices simples
Matrices complejas
AGL
FaSafeTM HSY
FaSafeTM STD
AciSafeTM MSA
Peróxido
PeroxySafeTM HSY
PeroxySafeTM STD
PeroxySafeTM MSA
Malonaldehído
AldeSafeTM STD
AldeSafeTM STD
AldeSafeTM MSA
Alquenos
AlkalSafeTM STD
AlkalSafeTM STD
AlkalSafeTM MSA
TABLA II
¦ Ejemplos de kits para evaluación de la acidez, oxidación primaria y secundaria, niveles de detección y métodos AOCS correspondientes Muestras
Kits DiaMed F.A.T.S.
Tipo de Prueba
Niveles de detección de los kits
Métodos AOCS
Kits de alta sensibilidad (HSY) Aceites vegetales refinados y aceite de oliva
FaSafeTM HSY
Ácidos Grasos Libres (AGL)
0.02-0.22% Ácico oléico
Ca 5a-40
Aceites vegetales refinados, Manteca, grasas hidrogenadas.
PeroxySafeTM HSY
Índice de Peróxido (IP)
0.01-0.22 meq/kg
Cd 8b-90
Kits padrón (STD) Aceite de oliva, aceites crudos y desgomados
FaSafeTM STD
Ácidos Grasos Libres (AGL)
0.2-2.2% Ácico oléico
Ca 5a-40
Aceite de oliva y aceites refinados de soya fuera de padrón
PeroxySafeTM STD
Índice de Peróxido (IP)
0.01-0.55 meq/kg
Cd 8b-90 (continúa)
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XIII Control de Calidad Angela Orlando
1
INTRODUCCIÓN Desde hace tiempo, importantes sectores de la sociedad piensan, hablan, es-
criben y trabajan en y desde la calidad. Como consecuencia de ello, se ha generado una vasta información que gira alrededor de nuestra vida cotidiana y laboral, representada en diferentes ofertas de eventos referidos a la calidad y el desarrollo de normativas de jerarquía, tendientes a encuadrar tanto nuestras actividades como las de los diferentes productos destinados al consumo. Es por dicha razón, que en el inicio de nuestro trabajo intentamos por un lado, conocer el origen y significado de la palabra “calidad” y por otro, destacar los diferentes aportes a su concepto. El núcleo de este capítulo incluye una síntesis de los aportes y experiencias sobre la temática del “Control de la Calidad”, aplicada a la producción de aceites y grasas y su vinculación con los nuevos criterios de Seguridad Alimentaria.
2
ORIGEN Y SIGNIFICADO DEL TÉRMINO “CALIDAD” La palabra “calidad” procede del latín “Qualitas” y significa propiedad o con-
junto de propiedades inherentes a una cosa, que permiten apreciarla como igual, mejor o peor que las restantes de su especie. A su vez, otra acepción la define como la condición o requisito que se pone en un contrato (1). El término fue usado antiguamente por Cicerón (106-43 A.N.E.), quien la tomó del término griego utilizado por Platón (427-347 A.N.E.), Poiotes (Pois = Cual). Luego, fue empleado por Aristóteles (384-322 A.N.E.), con valor técnico en uno de sus tratados, específicamente el de “Las categorías” (2).
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Temas Selectos en Aceites y Grasas
• Tipo A: Tiene un grupo funcional en C8 que no es una cetona. A este grupo pertenece entre otras la micotoxina T2 (Figura 7). O R1 O
R5 Nombre T-2 toxina
FIGURA 7
R4
R2
CH2R3
R1 R2 R3 R4 R5 OH OAc OAc H OCOCH2CH(CH3)2
¦ Estructura química T2
• Tipo B: Tienen un grupo carbonilo en C8 como nivalenol y deoxinivalenol (Figura 8). O R1 O
R2
O R4 Nombre Deoxinivalenol Nivalenol
FIGURA 8
CH2R3
R1 R2 R3 R4 OH H OH OH OH OH OH OH
¦ Estructura química Deoxinivalenol y Nivalenol
• Tipo C: Tiene un segundo grupo epoxido en C7, 8 o C9,10. • Tipo D: Contienen un sistema de anillo macrocíclico entre C4 y C15 con dos uniones tipo éster.
Los tricotecenos son un grupo emparentado por Fusarium, por lo que su intoxicación suele denominarse fusariotoxicosis. Las más frecuentes son nivanelol, T2 y DON (deoxinivanelol) o vomitoxina (Figura 8). Todos causan rechazo inmediato al
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XIV Aspectos Ambientales Giovanni Castagna
1
INTRODUCCIÓN Los aspectos ambientales en la industria aceitera están directamente asociados
a la generación de residuos, tanto líquidos como sólidos; a los riegos producidos por el manejo de gases explosivos (por ejemplo, hidrógeno), dentro de algunos procesos; a las emisiones atmosféricas productos de la operación de calderas; a la contaminación acústica, y la presencia de olores molestos emanados de algunas etapas del proceso productivo. En general, la mayor fuente generadora de contaminantes dentro de la industria tiene estrecha relación con la pérdida de productos y materias primas, por lo cual es importante conjugar estos aspectos con la problemática ambiental, mediante programas tales como él de Producción Más Limpia (P + L). Esta estrategia reorienta la jerarquía de gestión de los contaminantes, priorizando las oportunidades de prevención antes que las medidas de reducción de la contaminación. Además, involucra el desarrollo y la aplicación de conocimientos y tecnologías y, sobre todo, un cambio de cultura radical en la empresa. Actualmente este tipo de programas ha logrado buenos resultados en la industria en general y aunque no se cuenta con datos definitivos acerca de su nivel de penetración en la industria aceitera, las experiencias directas y las relatadas en la bibliografía sobre la materia ratifican su aplicabilidad y éxitos en el sector.
2
CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA[1, 2] El impacto atmosférico generado por la industria se debe principalmente al
material particulado emitido por las calderas, de ahí la tendencia actual de utilizar calderas a gas natural, ya que así se disminuyen los índices de material particulado y de NOx. Adicionalmente este cambio de combustible facilita la incorporación
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Temas Selectos en Aceites y Grasas
FIGURA 6
¦ Equipo de recuperación automático
FIGURA 7
¦ Equipo de recuperación automático de grasas y aceites
3.5.2 Definición de soluciones y plan de acción
Basándose en los puntos de pérdida de materias primas y productos, se deben definir opciones de minimización, sus objetivos y su impacto estimados en lo que se refiere a ahorro de materias primas (Tabla I). Como se puede observar, las opciones a implementar pertenecen a la tipología conocida como “tecnologías blandas”, en general estas son de bajos costos de inversión y rápida recuperación estando la gran mayoría de ellas orientadas a mantener el control y optimizar el proceso productivo, además de mejorar las prácticas operacionales.
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