MATERIA: TECNOLOGIA DE OLEAGINOSAS
WINTERIZACION PROFESOR: Dra. OFELIA SANDOVAL CASTILLA PRESENTA: Bocarando Guzmán María Dreidi Hernández Martínez Clara Herrejón Sánchez Wendy D. Ramos Cruz Alejandra O. Ramos Alejandro Daniela GRADO Y GRUPO: 7° “5” Chapingo, Edo. Méx. A 17 de Junio de 2015
INTRODUCCIÓN En México el sector oleaginoso consta de dos actividades bien diferenciadas, la actividad agropecuaria caracterizada por la producción de granos oleaginosos, y el proceso de industrialización para la elaboración de aceites y subproductos, cada una con características de producción y localización específicas. La actividad industrial está compuesta por la molienda, principalmente soja y girasol, para la obtención de aceites comestibles y subproductos (MECON, 2002). Existen diferentes métodos de extracción de aceite, actualmente han sido ampliamente usados y mejorados. Los aceites presentan sustancias como impurezas sólidas, mucilagos, fosfátidos (solubles e insolubles), peróxido, AGL, monigliceridos, poligliceridos, impurezas volátiles, pigmentos, etc., lo que puede afectar la calidad de los aceites, por lo cual es necesario realizar un proceso de refinación donde el objetivo es remover las sustancias que afectan la aceptabilidad sensorial, este proceso incluye diferentes etapas (Franco, 2010). El refinado comercial produce grasas y aceites con poco sabor, color limpio, buena calidad de conservación y estabilidad para freír. Las grasas y aceites refinados comercialmente carecen de los contaminantes conocidos que se extraen de las materias primas agrícolas. El refinado puede eliminar carotenoides con valor nutritivo para producir aceites con poco color, pero mantiene proporciones importantes de tocofenoles, y no cambia los ácidos grasos ni las composiciones de los triacilglicéridos. La gran flexibilidad de que dispone la industria para seleccionar materias primas y distintos procesos de modificación permite elaborar aceites con el menor costo posible, un aspecto importante de la producción de los alimentos. El Fraccionamiento es el proceso por el cual se obtiene los sólidos que existen en un aceite a una cierta temperatura, separados de los líquidos que coexisten a esa temperatura en ese aceite. En realidad, la separación se verifica por medios físicos y el proceso en sí constituye un cambio en el aceite donde se ha modificado la configuración molecular de las fracciones obtenidas, con respecto al aceite original, la winterización es un caso particular de fraccionamiento (CMA, 1998).
1. FUNDAMENTO DEL MÉTODO. Dentro del proceso de la refinación de los aceites la winterización es una etapa opcional que se realiza después de la neutralización. Algunos aceites vegetales, como es el caso de los aceites de: girasol, germen de maíz, orujo de oliva, pepitas de uva, etc., contienen ceras (alcoholes grasos de cadena larga), estearina y otras substancias de elevado punto de fusión, que cristalizan a bajas temperaturas, provocando el enturbiamiento del aceite. La etapa de winterización es la encargada de la eliminación de estas substancias, así como mejora la calidad de aceites destinados a elaborar productos, tal es el caso de las mayonesas donde una cristalización podría romper la emulsión (Franco, 2010). El aceite de soya no requiere de este proceso mientras que los aceites de algodón, girasol, maní, cártamo entre otros si requieren ser winterizados para que se mantengan claros a temperaturas bajas (Hernández, 2006). 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 debe mantenerse claro y brillante sin enturbiarse o solidificarse a temperaturas de refrigeración. El proceso de winterización también llamado hibernación o descerado tiene por objeto separar aquellos glicéridos de más alto punto de fusión que originan enturbiamiento y aumento de viscosidad en los aceites, al bajar la temperatura, y consiste en precipitar enforma de cristales, en determinadas condiciones de temperatura-tiempo, los glicéridos saturados causantes del enturbiamiento (Brennan,1998). El proceso es una verdadera cristalización fraccionada, donde los tres factores, temperatura, tiempo y agitación tienen una importancia fundamental sobre la naturaleza y formación de los cristales, la hibernación, se efectúa mediante un enfriamiento rápido hasta una temperatura entre 15 y 20 ºC que va acompañado de una agitación para favorecer la producción de cristales pequeños, e incrementa la vida útil del producto hasta un año, por las leyes de la cristalización se sabe que:
El descenso de la temperatura facilita la separación en una solución, por sobresaturación, de los componentes con más alto punto de fusión. La agitación facilita la formación de pequeños cristales. El tiempo, acompañado de un lento descenso de la temperatura, y la inmovilidad facilitan el crecimiento de los cristales.
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.
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 líquido. En general el proceso sucede así: 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 más suavemente posible para que no los rompa. Generalmente se lo deja en reposo de 24- 72 horas para que cuando se lo recargue, la nucleación se dé más rápido y se acelere el proceso de cristalización (Jiménez, 2009).
Figura 1.Diagrama de Proceso en la Industria de Grasas y Aceite. Fuente: Guía para el control de la contaminación industrial.
Las plantas de winterización clásicas están constituidas por:
Un sistema de enfriamiento rápido provisto de un adecuado sistema de agitación, para inducir la generación de pequeños cristales.
Un sistema de tanques estáticos (cristalizadores), colocados en un ambiente a temperatura controlada, para conseguir el crecimiento de los cristales.
Un sistema de filtros-prensa para la separación de los cristales formados.
La eficiencia de la hibernación se determina con la prueba de frio que consiste en mantener una muestra de aceite a 0ºC durante cinco horas y media. 2.- MÉTODOS MÁS FRECUENTES Para lograr la winterización 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 líquido. 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 El llega 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 más suavemente posible para que no los rompa. (Jimenez 2009)
2.- DESCRIPCIÓN DE LOS MÉTODOS MÁS FRECUENTES Winterización en fase de aceite El estudio de la curva de enfriamiento de los aceites ha demostrado que las condiciones de temperatura más idóneas para el proceso son las representadas en la figura 3.
Fig. 3. Esquema de una planta de winterización convencional: A) Refrigerador rápido. B) Cristalizadores. C) Filtro prensa. D) Grupo frigorífico. El enfriamiento rápido se realiza generalmente en un equipo discontinuo provisto de agitador. El enfriamiento se lleva a cabo por medio de serpentines por donde circula salmuera, o se expande directamente un fluido frigorífico.
Fig. 4. Curva de enfriamiento de aceites con winterización La cristalización se lleva a cabo manteniendo el aceite inmóvil durante 24 a 36 horas en tanques especiales (cristalizadores o maduradores) colocados en cámaras con temperatura regulable. La operación de winterización es de gran importancia cuando se trabaja con aceites de alto contenido de glicéridos saturados, como sucede en los aceites de oliva, algodón y pepita de uva. En general con el proceso indicado las pérdidas son altas, ya que las estearinas que se separan, y se recuperan en filtros prensa, contienen no menos del 70% de aceite, y este valor puede elevarse fácilmente si la planta no está en condiciones de seguir con fidelidad una curva de enfriamiento como la indicada en la figura 2. Winterización en aceites en fase de solvente El procedimiento se basa en las siguientes operaciones: a) Disolver el aceite a winterizar en un solvente volátil. b) Enfriar lentamente esta solución hasta cristalizar los glicéridos saturados. c) Separar los cristales formados por filtración y lavado de dichos cristales con solvente. d) Destilación de las fases sólida y liquida para extraer el solvente en ellas contenido. En la figura 5 se representa el esquema de una planta de winterización en fase solvente.
Fig 5. Diagrama de una planta de winterización en fase de solvente: A) Dosificadormezclador. B) Cristalizador. C) Filtro rotatorio continúo. D) Deposito de miscela filtrada.
E) Deposito para la fase sólida. F) Destilador de estearina. G) Destilador continúo de la fase sólida. H) Deposito de solvente. I) Condensador. La planta tiene el siguiente funcionamiento completamente continuo y la conduce un solo operario. El ciclo de trabajo es el siguiente: El aceite a winterizar se dosifica y mezcla con el solvente, en la producción conveniente, en el equipo A. La solución resultante pasa en continuo a los cristalizadores, B, conectados en serie, donde se enfría lentamente según un programa establecido (Fig. 3). Estos cristalizadores están provistos de intercambiadores de calor especiales provistos de rascadores que tienen la finalidad evitar la formación de depósitos sólidos sobre las paredes. La suspensión que se genera en B se transfiere por aire a presión al filtro, C, donde se separan los cristales de la solución aceite-solvente. Esta solución se envía al destilador, G, para recuperar el solvente contenido en la fase líquida.
Fig. 6. Curva de enfriamiento de la miscela aceite-solvente. La masa depositada en el filtro, C, se lava con el mismo solvente, para recuperar la fase liquida incluida en dicho material, y se descarga en un depósito, E, para ser bombeado después al grupo de destilación, F, en donde se recupera el solvente residual. La instalación está provista por eficaces cambiadores de calor, para obtener un máximo rendimiento térmico, así como de los instrumentos de control y seguridad, que garantizan una fácil conducción.
La winterización de los aceites en fase de solvente se efectúa sobre el aceite decolorado y en todos los casos antes de la fase de desodorizarían.(Hernández 2006).
4. VENTAJAS Y DESVENTAJAS Ventajas
Es un proceso muy útil en la producción de aceites comestibles de buena calidad. . (Badui Dergal, Salvador, 2006). Presenta refrigeración y velocidad de cristalización controlada. El diseño del sistema permite una eficiente separación de estearinas; producto de calidad garantizado; mantenimiento y operación sencilla. . (Badui Dergal, Salvador, 2006). Permite prevenir el enturbiamiento del aceite a bajas temperaturas y el aumento de su viscosidad. . (Badui Dergal, Salvador, 2006). Se trata de un proceso con un alto grado de automatismo y que no solo mejora la consistencia del aceite, sino que además, genera un producto secundario: la estearina. . (Badui Dergal, Salvador, 2006). Ninguno de sus pasos contamina el ambiente: no se utiliza ni se produce ninguna sustancia que dañe de alguna manera a las formas de vida aledañas al lugar donde se lleva a cabo el proceso. (Badui Dergal, Salvador, 2006).
Desventajas Estriba principalmente en la necesidad de producir cristales, en forma fácilmente separables de la parte de aceite que permanece liquida; problema que presenta cierta dificultad. (Badui Dergal, Salvador, 2006) En las temperaturas relativamente bajas necesarias para la invernación, el aceite es muy viscoso; y es bien conocida la mala disposición que tienen las disoluciones viscosas a depositar cristales bien formados, sobre todo cuando las moléculas que lo forman son grandes, como sucede con los triglicéridos. (Badui Dergal, Salvador, 2006). Comparación de winterización clásica contra winterización en fase solvente:
El costo de producción para los dos sistemas puede considerarse prácticamente igual, ya que el mayor consumo de vapor y disolvente en el sistema se compensa con un menor gasto de mano de obra
El rendimiento en aceite winterizado es más elevado utilizando la winterización en fase solvente
Los aceites winterizados en fase solvente tienen un punto de enturbiamiento inferior al obtenido con el proceso clásico.
Los aceites winterizados en fase solvente, después de la decoloración se desodorizan más fácilmente.
Winterizando los aceites con solventes se obtienen los siguientes productos acabados: aceite perfectamente winterizado y estearina de alto punto de fusión, mientras que con el procedimiento clásico se obtiene aceite winterizado y pastas de winterización de muy bajo punto de fusión y que contienen un alto porcentaje de aceites fluidos, estas pastas deben ser nuevamente tratadas para recuperar parte del aceite que contienen.
El tiempo de cristalización es más bajo en el proceso de winterización por solvente. Asimismo, la superficie filtrante de los filtros utilizados en dicho proceso es del orden de diez veces menor que la necesaria en los filtros-prensa.
5.- APLICACIONES EN ACEITES O GRASAS PARA QUÉ SE APLICA En contraste con los otros procesos de modificación que están diseñados para mejorar la funcionalidad de las grasas y aceites, el invierno es un proceso que sirve para fines principalmente mejorar apariencia y ofrecer un mejor manejo. Si los aceites se almacenan a bajas temperaturas (refrigerador), ceras de punto de fusión alto, triglicéridos y algunas gomas pueden separar en forma de sólidos desde el aceite. Por un lado, esto conduce a una apariencia turbia indeseable, y muchos consumidores puede pensar erróneamente el aceite se echa a perder y, por otro lado, es menos vertible si contiene muchos de estas sustancias. Los aceites para ensaladas que contienen grandes cantidades de ceras o triglicéridos con elevado punto de fusión los cuales tienden a separarse por cristalización cuando se enfría el aceite son generalmente objeto de preparación para el invierno. La winterización se aplica a algunos aceites vegetales, como es el caso de los de:
Girasol Germen de maíz Orujo de oliva Pepitas de uva Semilla de algodón soya parcialmente hidrogenada
En conclusión el proceso de winterización aumenta de forma importante la resistencia a la aparición de defectos tales como la turbidez y la sedimentación en los aceites.
Algunos ejemplos de aplicación son:
El aceite de soja que está ligeramente endurecido y será utilizado como aceite para ensaladas. El aceite de soja puede contener hasta 11% de ácido linolénico. Para eliminar este ácido que influye negativamente capacidad de conservación, el ácido linolénico y parte del ácido linoleico son preparados para el invierno.
6.- EJEMPLO DE APLICACIÓN: UN ARTÍCULO CIENTÍFICO RECIENTE WINTERIZACIÓN DEL ACEITE DE OLEINA DE PALMA PARA SU ALMACENAMIENTO INTRODUCCIÓN La formación de nubes durante el almacenamiento a baja temperatura es un problema en aceites para ensaladas preparadas a partir de aceite de oleína de palma y otros aceites vegetales. Con la mayoría de los aceites vegetales este problema es atendido por el invierno o winterización. El acondicionamiento para el invierno es un proceso de separación que permite la eliminación de las partes de alto punto de fusión que cristalizan (ceras o triglicéridos) que son responsables de la turbidez de algunos aceites comestibles en el invierno o después de la refrigeración, de cualquier forma la winterizacion es difícil de hacerse con el aceite de oleína de palma porque esta principalmente compuesto por una parte cristalizable de alto punto de fusión, su filtracion es retardable por ser un aceite viscoso. El solvente para winterizacion fue usado reducir la viscosidad y facilitar el cristalizado de las ceras. El solvente de acondicionamiento para el invierno, como él hexano o acetona, se utiliza para reducir la viscosidad y facilitar el cristalizado de las ceras. MÉTODO EXPERIMENTAL MATERIALES El aceite de oleína de palma y el aceite de soja se obtuvieron de origen comercial. El aceite de oleína de palma utilizado en este estudio tiene un valor de yodo, 58.83%: el índice de peróxidos, 1,99 mq peróxido /1000 g de muestra, podrían apuntar a 10 ° c y el ácido graso libre en ácido oleico 0,123% ácido láurico 0,0865% y 0,111% de ácido palmítico. El disolvente utilizado fueron grado reactivo, hexano. Otros productos químicos utilizados fueron de grado analítico.
Prueba de frío de la muestra Prueba de frío para medir la resistencia de la muestra de aceite a la cristalización es utilizada habitualmente como un indicador de la preparación para el invierno. Se determinó sumergiendo la botella que contiene la muestra de aceite en el baño de agua de hielo y al final 5.5 horas remover la botella del baño y se examinará de nubosidad. Este método se llevó a cabo de acuerdo con el método AOCS cc 11-53 (3). El punto de nubosidad fue determinado de acuerdo con método AOCS cc 6-25 (3). Acondicionamiento con solvente para el invierno, de aceite de oleína de palma Óptima relación de disolvente con aceite El aceite de oleína de palma se winterizó a 0°c durante 3 horas en paquete caliente refrigerado incubado con hexano a diferente relación en volumen de aceite: disolvente (1:1, 1:1,5, 1:02). la parte cristalizada se filtró a través de papel de filtro whatman no. 4 a 0 ° c y fue pesada. El aceite winterizado líquido se evaporó a 70 ° c para eliminar el disolvente con una evaporadora a vacío y pesada. Determinar prueba de frío, punto de turbidez de cada aceite winterizado líquido. Se eligió la cantidad de solvente y aceite óptimo y la relación del solvente para las condiciones del siguiente paso. Tiempo y temperatura óptima de winterización Otros factores en el invierno son la temperatura óptima del aceite y el tiempo de invierno. Se buscó la winterizacion optima del aceite de oleína de palma: la relación de disolvente de 0-3 y -5°C para 6,8 y 10 horas, después de la winterizacion, separar la parte del aceite por los filtros y se evaporo el aceite liquido winterizado para eliminar el solvente. Se midio también el porcentaje de aceite liquido winterizado., prueba de frío y el punto de nube. RESULTADOS Y DISCUSIÓN El aceite de oleína de palma hubiese permanecido claro a 0°c por menos de 1 min. Mientras que la de prueba estándar de frío de aceite fue de 5,5 horas a 0°C y su punto nube fue de 10°C, ya que está compuesta principalmente de ácidos grasos de alto punto de fusión tales como palmítico y laurico. Resultados del aceite: Las relaciones de disolventes en el invierno de aceite de oleína de palma se muestran en la tabla 1.
Tabla 1. Efecto del aceite: relación solvente sobre el contenido cristalizado, acondicionado para el invierno de aceite líquido. Prueba de frío y el punto de turbidez después de la winterización de oleína de palma a 0°c durante horas.
Estos resultados indican que el contenido cristalizado, el contenido de aceite líquido winterizado, la prueba de frío y el punto de nube fueron significativamente (p <0.05) en aceite de relación solvente 1,0:1,0 y 1,0:2,0. El aumento del volumen de hexano resultó en un incremento del contenido aceite líquido winterizado y la prueba de frío debido a la reducción de la viscosidad del aceite por la alimentación de hexano por lo que la óptima relación aceite: disolvente para este experimento fue 1,0:2,0. Tabla 2. El efecto de temperatura y el tiempo de winterizacion en el contenido cristalizable, contenido liquido de aceite winterizado, prueba de frio y punto de nube para un aceite de oleína de palma winterizada (aceite;solvente=1:2)
En esta tabla se muestra la influencia de la temperatura y el tiempo en el contenido cristalizable del aceite liquido winterizado, en la prueba de frio y el punto de nube. Estos
indican que la temperatura y tiempo de winterizacion afectan el contenido cristalizable y el contenido de aceite liquido winterizado. El descenso de la temperatura en la winterizacion resulto en un descenso del contenido de aceite liquido winterizado porque una mayor temperatura resulto en una mayor viscosidad. Mientras que el incremento de temperatura de la winterizacion dio como resultado un descenso en el contenido de aceite liquido winterizado porque para una temperatura dada de winterizacion después de que ocurrió el crecimiento de cristales en cierto periodo de tiempo la concentración de soluto en aceite se aproximó a la concentración de saturación. Tabla 3. Contenido cristalizable, contenido liquido de un aceite winterizado, prueba de frio y punto de nube de oleaina de palma que fueron winterizados a -5°C y una relación 1:2 de aceite hexano.
Del artículo anterior se puede concluir que un mejor acondicionamiento para la winterización del aceite de oleína de palma depende de la relación aceite solvente, temperatura y tiempo de proceso. Durante la winterización del aceite de oleína de palma a -5°C por más de 20 horas la muestra logra pasar el estándar de la prueba de frio lo cual indica que se trata de un aceite para ensalada.
CONCLUSIÓN. El objetivo de la winterización es conseguir con enfriamiento lento la formación de cristales grandes de triglicéridos de punto de fusión bajo, separarlos y retener la mayor cantidad posible de aceite líquido, es un método poco conocido, y es aplicado a diversos aceites, sin embargo las condiciones en las cuales se lleva a cabo depende de las características de los aceites, por ello es necesario conocer cada método, así como sus
ventajas y desventajas, éste método mejora el aspecto de los aceites, y permite generar productos usados en la industria, tal como compuestos con estearina. BIBLIOGRAFÍA. Badui Dergal, Salvador; Química de los alimentos; Cuarta Edición; Pearson Educación;méxico,2006; Pp 262-265 ; 269 Bernardini E., Tecnologia de Aceites y Grasas”Editorial ALHAMBRA, S. A., Primera edición., Madrid España, 1991. Brennan, J.G. 1998. "Las operaciones de la ingeniería de los alimentos" Ed. Acribia, 3ª Edición, España, pags. 257-258. Comisión del medio ambiente, 1998. Guía para el control de la contaminación industrial, Fabricación de grasas y aceites vegetales y subproductos, Santiago. Franco, Daniel, 2010, Aplicaciones de Aceites y Grasas, consultada el 3-06-2015, disponible en:http://www.alimentosargentinos.gov.ar/contenido/sectores/aceites/Informes/Aplicaciones AceitesGrasas_2011_11Nov.pdf Hernández, Elizabeth, 2006. Módulo de Tecnología de Cereales y Oleaginosas. Sogamoso. UNAD. Jiménez, Jorgelina, 2009. Obtención de aceite vegetal. Consultado el 27-05-2015, disponible en: http://calidadbromatologica.blogspot.mx/2009/03/obtencion-de-aceitecomestible.html. Lección 28. Refinado de aceites y grasas II UNAD 26 de mayo de 2015. http://datateca.unad.edu.co/contenidos/232015/2013_232015/Modulo_232015/leccin_28_re finado_de_aceites_y_grasas_ii.html Ministro de economía, 2002, Sector oleaginosas, Colonbia. Refinación de acceites y grasas:http://www.mailxmail.com/curso-extraccion-aceite-pepacalabaza/proceso-refinacion-aceites-grasas
