1
EXTRACCIÒN DE ACEITE DE GIRASOL
CONTENIDO 1) Estado del arte………………………………………………………………………………………………………………….……. 3 Introducción………………………………… .………………………………………………………………. ....................4
Importancia del proceso…………………………………………………………………………………………………….4 2) Descripción general del proceso……………………………………………………………………………………………… .5 Diagrama de flujo ……………………………………………………………………………………………………………….6 Diagrama de equipo y nomenclatura………………………………………………………………………………….8 Diagrama para el dispositivo de extracción por solventes (Fig. 11)……………………………………..9 Extracciòn de aceite por solvente……………………………………………………………………………………..10 3) Conclusiones…………………………………………………………………………………………………………………………..13 4) Bibliografìa………………………………………………………………………………………………………………………………13
2
ESTADO DEL ARTE
El girasol se cultiva para la producción de aceite en cantidades relativamente grandes en la antigua Unión Soviética, Argentina y Hungría. En los últimos años, el cultivo de girasol en los Estados Unidos ha aumentado a un ritmo modesto. Es una planta de cultivo relativamente sencillo, pero e l aceite resultante tiene propiedades diferentes, dependiendo de las condiciones climáticas. Así, el aceite más deseable para uso en ensaladas es el procedente de los climas más fríos de los estados de Dakota y Minnesota. La creciente popularidad del aceite de girasol parece principalmente estar relacionada con lo siguiente: 1. Su sabor tiene una buena estabilidad sin necesidad de hidrogenación. Por ejemplo, la estabilidad del sabor del aceite de girasol es mayor que la del aceite de cártamo aunque ambos contienen alrededor del 90% de ácidos grasos insaturados. Esto es debido al hecho de que el aceite de girasol contiene menores cantidades de ácido linoleico (55-60% frente a 75-80%) y alrededor del doble de ácido oleico (aproximadamente 30% frente a un 15%). 2. Tiene un elevado porcentaje de ácidos grasos insaturados, que incluye un 55-60% de poliinsaturados como linoleico y alrededor de un 30% de monoinsaturados como el ácido oleico. Se sobreentiende que la eliminación de la hidrogenación hace que el aceite sea más “natural”. (Lawson, 1999)
3
IMPORTANCIA DEL PROCESO Los ácidos grasos trans no sólo aumentan la concentración de lipoproteínas de baja densidad (LDL) en la sangre sino que disminuyen las de alta densidad (HDL), responsables de transportar lo que llamamos el “colesterol bueno”, provocando un mayor riesgo de sufrir enfermedades cardiovasculares. De esta manera, es importante seleccionar el tipo de aceite o grasa que mejor benefician a la salud de los consumidores. Los ácidos grasos omega 3 (antes denominado vit F) y 6 no los puede producir el c uerpo humano, por lo que su consumo proviene de otras fuentes ricas en ellos. El consumo de estos ácidos reduce la incidencia de enfermedades cardiovasculares, además de que son benéficos para el cerebro, reducen la incidencia de ciertos tipos de cáncer, etc. Por otro lado, cabe mencionar que las semillas de girasol en un fruto seco oleaginoso que, particularmente el endocarpio, presenta un buen contenido de aceite (43 g por cada 100 g de porción comestible), su sabor tiene una buena estabilidad sin necesidad de hidrogenación. Por ejemplo, la estabilidad del sabor del aceite de girasol es mayor que la del aceite de cártamo aunque ambos contienen alrededor del 90% de ácidos grasos insaturados. Esto es debido al hecho de que el aceite de girasol contiene menores cantidades de ácido linoleico (55-60% frente a 75-80%) y alrededor del doble de ácido oleico (aproximadamente 30% frente a un 15%). Tiene un elevado porcentaje de ácidos grasos insaturados, que incluye un 55-60% de poliinsaturados como linoleico y alrededor de un 30% de mono insaturados como el ácido oleico. El consumo del aceite de girasol ha aumentado en los últimos años en los Estados Unidos, y se emplea principalmente en ensaladas.
4
DESCRIPCION GENERAL DEL PROCESO El rendimiento industrial depende de varios factores pero puede calcularse que de 1 tonelada de semilla con 50% de materia grasa se obtienen alrededor de 420 kg de aceite. OPERACIONES PRELIMINARES EN LA EXTRACCIÓN DE ACEITES Eliminar o separar diferentes semillas SELECCIÒN Eliminar semillas dañadas por hongos Eliminación de elementos extraños por: Tamaño: cribas LIMPIEZA Densidad: succión con aire Magnéticas: imánes giratorios Trituración Hojueleado PREPARACIÒN DE LA SEMILLA Cocción Se inicia el rompimiento de las células. Se aumenta la superficie de contacto. Con molinos de rodillos que giran en sentido TRITURACIÒN opuesto y a diferente velocidad (para evitar formar finos que ocasionen aglomeraciones (atascamientos) en el extractor. La capacidad del molino depende del diámetro y longitud de los rodillos. Se continúa con el rompimiento de las células, esto implica mayor superficie de contacto y HOJUELADO porosidad de la hojuela extracción por solventes. Con molinos de rodillos lisos que giran a la misma velocidad. Se da un mayor rompimiento de las células oleíferas (95% de células rotas y 5% de células intactas). Se da a la semilla condiciones favorables de temperatura y humedad para la extracción. 5-6 min, 70-90ºC desnaturalización de proteínas COCCIÒN rompimiento de la emulsión aceite-proteína formación de pequeñas gotas de aceite inactivación de lipooxidasas.
5
Aumento de humedad de 8 a 15% (depende del tipo de grano) ? a menos de 10% hay inmiscibilidad entre el agua y el aceite. (ASAGIR, 2003)
DIAGRAMA DE FLUJO
6
Figura 1. Diagrama de proceso para la obtención de aceite crudo mediante prensado y una posterior extracción por disolvente de la torta.
Semillas
7
Figura 2. Diagrama de proceso para la obtención de aceite refinado por métodos químicos a partir de aceite crudo.
8
DIAGRAMA DE EQUIPO Y NOMENCLATURA Método combinado:
Operaciones previas a la extracción: 1. Tanque de almacenamiento 2. Limpieza por cribado 3. Descascarado y separación de la cáscara 4. Quebrado y calumnia 5. Cocción de la pasta Extracción mecánica: 6. Extracción del aceite crudo por expulsor 7. Filtración del aceite crudo Extracción por solventes: 8. Quebrado de escamas 9. Acondicionado 10. Hojueleado 11. Extracción por solvente 12. Filtración de la miscela 13. Destilación de la miscela 14. Aceite crudo hacia los tanques de refinación 15. Obtención de la torta de evaporación del solvente Refinación: 16. Neutralización y blanqueo 17. Decoloración por filtración 18. Desodorizarían 19. Almacenamiento del aceite refinado
9
DIAGRAMA PARA EL DISPOSITIVO DE EXTRACCIÒN POR SOLVENTE (Fig. 11) Los extractores con solventes funcionan continuamente. La pasta es rociada en contracorriente con s olvente puro (miscela). El extractor de cestas verticales funciona como sigue: 1. Cinta transportadora con cestas perforadas. 2. En el lado descendente, se llenan las cestas con la pasta. 3. En el lado ascendente, se rocía la pasta en las cestas con solvente puro. 4. El solvente pasa por las cestas, se enriquece en aceite y cae en el depósito en la parte inferior. 5. La miscela se bombea al otro lado. 6. En el lado descendente, se rocía la pasta fresca con la miscela que había pasado a través de las cestas en el lado ascendente. 7. El resido o torta se descarga en la parte superior de la máquina, donde las cestas son volteadas momentáneamente. 8. Salida del solvente cargado de a ceite. El extractor de banda horizontal funciona como sigue: 9. La pasta entra en la máquina por una tolva de alimentación. La tolva está provista de una válvula giratoria que impide el escape de vapores del s olvente.
DIAGRAMA PARA EL DISPOSITIVO DE EXTRACCIÒN POR SOLVENTE (Fig. 11) Los extractores con solventes funcionan continuamente. La pasta es rociada en contracorriente con s olvente puro (miscela). El extractor de cestas verticales funciona como sigue: 1. Cinta transportadora con cestas perforadas. 2. En el lado descendente, se llenan las cestas con la pasta. 3. En el lado ascendente, se rocía la pasta en las cestas con solvente puro. 4. El solvente pasa por las cestas, se enriquece en aceite y cae en el depósito en la parte inferior. 5. La miscela se bombea al otro lado. 6. En el lado descendente, se rocía la pasta fresca con la miscela que había pasado a través de las cestas en el lado ascendente. 7. El resido o torta se descarga en la parte superior de la máquina, donde las cestas son volteadas momentáneamente. 8. Salida del solvente cargado de a ceite. El extractor de banda horizontal funciona como sigue: 9. La pasta entra en la máquina por una tolva de alimentación. La tolva está provista de una válvula giratoria que impide el escape de vapores del s olvente. 10. La pasta se desplaza sobre la banda perforada hacia la derecha. 11. Durante el recorrido, la pasta es rociada con miscela 12. Entrada de solvente fresco 13. La primera miscela cae en la tolva y se desborda a la anterior, y así sucesivamente hacia la última tolva del lado izquierdo 14. La miscela de cada tolva es bombeada y rociada en la capa de pasta 15. La miscela saturada es alejada del sistema
10
EXTRACCIÓN DE ACEITE POR SOLVENTE
La extracción de aceite de girasol por solvente es un proceso que se usa en la mayoría de las industrias que elaboran estos productos. Generalmente se combina el proceso de prensado con la extracción por solvente para optimizar el rendimiento Generalmente se utiliza hexano a una temperatura alta, inofensivo para la salud y produce aceites más puros, además de que en el proceso se recupera el disolvente mediante destilación para su reutilización La difusividad es una propiedad de transporte importante para, entre otras cosas, predecir el coefici ente de trasferencia de masa, el cual es útil para diseñar equipos de transferencia. El mecanismo de extracción con solvente involucra un mecanismo complejo para materiales que contienen aceite debido a la estructura celular de los cuerpos vegetales La extracción sucede en una serie de etapas lógicas
EXTRACCIÓN DE ACEITE POR SOLVENTE
La extracción de aceite de girasol por solvente es un proceso que se usa en la mayoría de las industrias que elaboran estos productos. Generalmente se combina el proceso de prensado con la extracción por solvente para optimizar el rendimiento Generalmente se utiliza hexano a una temperatura alta, inofensivo para la salud y produce aceites más puros, además de que en el proceso se recupera el disolvente mediante destilación para su reutilización La difusividad es una propiedad de transporte importante para, entre otras cosas, predecir el coefici ente de trasferencia de masa, el cual es útil para diseñar equipos de transferencia. El mecanismo de extracción con solvente involucra un mecanismo complejo para materiales que contienen aceite debido a la estructura celular de los cuerpos vegetales La extracción sucede en una serie de etapas lógicas 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Entrada del solvente a la matriz del solido Solubilización y/o ruptura de los componentes Transporte del soluto hacia el exterior de la matriz del solido Migración del soluto extraído de la superficie externa del solido dentro del v olumen de solución Movimiento del extracto con respecto al solido (desplazamiento del extracto) Separación y descarga del extracto y del solido
La formulación adecuada de los modelos de trasferencia de masa debe considerar los rasgos estructurales del solido a extraer, la selectividad de la pared celular así como los cambios o daños estructurales entre otros, mismos que son necesarios para entender mejor este proceso de separación
11
Fig. 1 Estructura micròscopica de la semilla de girasol
Los cuerpos proteicos y lipídicos varían de tamaño dependiendo de la semilla oleaginosa, en el caso de los primeros pueden ir de entre 2 y 20 m, los segundos oscilan entre los 0.2 y 4 m, llegando a alcanzar los 20 m en casos raros. Sin embargo el diagrama es parecido para todas las semillas oleaginosa. En la extracción por solvente el grano es laminado, lo cual causa ruptura de las paredes celulares; esto expone el aceite localizado en el interior de la célula y facilita la entrada del solvente a las semillas (matriz sólida porosa). El aceite difunden el solvente, y este remplaza al aceite, mientras que la proteína se retiene en la harina junto con las fibras y los carbohidratos Esta interdifusion molecular puede ser definida por la segunda ley de Fick para e l estado no-estacionario como:
12
….1 Donde: c= Concentración del soluto a la distancia z del origen y al tiempo t t= Tiempo D= Coeficiente de difusión, cantidad de material que pasa por un plano de unidad de área en unidad de tiempo debido a un gradiente de concentración Para obtener la difusión de acuerdo a la ley de Fick, ciertas condiciones deben ser establecidas, considerando una lámina de semilla:
D debe ser constante e independiente del espesor La forma de la lámina debe ser homogénea La distribución del aceite en la célula debe ser uniforme La difusión a través de las orillas de las láminas deben ser despreciables El grosor de la muestra debe ser uniforme
Varias soluciones a la ley de Fick (ec. 1) pueden ser obtenidas aplicando las condiciones de frontera adecuadas; esta ecuación ha sido trabajada varias veces con anterioridad. Una de las soluciones fue encontrada por Cranck (1957), que corresponde al flujo en una sola dirección para una placa infinita. Boucher trabajo con la misma ecuación dando solución a la ecuación de difusión como:
∞
8 ∑ 21 1 −+( ) ….2 0 =0 Donde:
= Cantidad de aceite en unidad de volumen o peso del solido en t segundos después de que la difusión ha comenzado. t= tiempo de extracción
0 2
= cantidad inicial de aceite en el sólido en
0
= espesor de la lámina
D= coeficiente de difusión
13
CONCLUSIONES En la elaboración del aceite mediante la extracción por solventes, ocurre tanto un transporte difusivo, como un transporte convectivo, donde ambos se rigen por la ley de Fick, debido a que hay ciertos coeficentes de difusión presentes en dicha extracción. El éxito de un proceso industrial de extracción es una función de que tan rápido se disuelve el compuesto a extraer y del equilibrio que se alcanza en la fase del disolvente. Bibliografía Sergio, M. (s.f.). Extracciòn y refinaciòn de aceites. Mèxico, Distrito Federal. o
o
Albert A. Schneiter, ed. Sunflower Technology and Production, (The American Society of Agronomy No. 35, 1997) 1-19. Laeson Harry, (1999), “Aceites y grasas alimentarias”, Editorial Acribia, Zaragoza, España, pp 46.
14
