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REFINACIÓN DE GRASAS Y ACEITES
INTRODUCCION.
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 someterles a dichos procesos para liberarlos de fosfátidos, ácidos grasos libres, pigmentos y sustancias que produzcan mal olor y sabor.
En la primera extracción se obtienen grasas y aceites llamados crudos que contienen una cierta cantidad de impurezas tales cómo ácidos grasos libres. proteínas. hidratos de carbono, agua. Fosfátidos y otros, que contribuyen al color. sabor, olor, inestabilidad. espumado y otras características indeseables. Sin embargo, cabe aclarar que algunas de ellas son deseables. como los tocoferoles que tienen actividad de vitamina E, y la lecitina, pero durante la refinación se pierde una gran proporción de ellos.
A continuación, se describen genéricamente los pasos más importantes de la refinación o purificación de los aceites de origen vegetal, como el de la soya. Para cada caso particular, varían las condiciones y en ocasiones se puede incluso eliminar algunas etapas de este proceso. Por ejemplo, la soya se recibe en la planta, se limpia, se descascarilla y se tritura, para finalmente acondicionarla, con un calentamiento, para el paso de la extracción, esta última puede ser efectuada por percolación, por inmersión o por una combinación de ambas. normalmente en forma continua. En la actualidad se emplea el hexano en la gran mayoría de las industrias aceiteras, aunque requiere de algunas precauciones ya que es muy volátil y produce mezclas explosivas con el aire. Después de la extracción del aceite, queda como residuo la harina de soya que se utiliza para la obtención de diversos productos con un elevado contenido de proteínas, como son los concentrados y aislados, la mezcla aceite-disolvente conocida comúnmente como "miscela". se somete a una destilación a temperaturas menores de 110 oC durante un tiempo corto para separar el aceite crudo y el hexano que se emplea nuevamente en el proceso extractivo. El aceite crudo contiene una gran cantidad de impurezas que se eliminan en los pasos que en su conjunto integran la refinación. Después de esta purificación los aceites presentan una composición diferente a la del aceite crudo.
Refinación de aceites y grasas Se denomina refinación ( refino o refinado ) a una serie de operaciones que tienen como objetivo eliminar los defectos de los aceites y las grasas (excesiva acidez, sabor y olor desagradable, coloración inadecuada, turbidez, etc). Las principales etapas que suelen realizarse en el refinado de aceites comestibles y son las siguientes
DESFANGADO
Eliminación de impurezas sólidas. Se realiza en centrifugas de descarga intermitente de sólidos. Su necesidad depende del tipo de proceso (en los procesos que incluyen extracción o separación de fases por centrifugación no suele realizarse)
DESGOMADO (Eliminación de mucílagos o Desmucilaginación)
El objetivo es eliminar musilagos, gomas y resinas, se consigue eliminar principalmente los fosfátidos o fosfolípidos ( lecitinas ) y glicolípidos , que se extraen de las semillas disueltas con el aceite, pero también se reducen los niveles de proteínas, ceras y peróxidos del aceite crudo. 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).
Este proceso consiste en un tratamiento mediante agua caliente y ácido fosfórico que insolubiliza los fosfolípidos y distintas materias coloidales residuales, como lecitinas, polisacáridos, goma o resinas. Las dos fases obtenidas se separan más tarde por centrifugación.
La presencia de considerables cantidades de fosfolípidos puede conducir a aceites de color oscuro y pueden servir también como precursores de sabores desagradables. Se trata también de facilitar la desacidificación. El desgomado o desmucilaginación se puede realizar por insolubilización mediante hidratación (formación mucílagos) tratando el aceite crudo con una pequeña cantidad de agua (o con NaCl y agua) o mediante inyección de vapor y de ácido fosfórico (H 3 PO 4 ) o cítrico, seguido de una separación en centrífuga de los fosfolípidos insolubilizados mediante la hidratación. Los aceites se desgoman a veces antes de la neutralización, ya que ésta se ve facilitada y cuando interesa la recuperación de algún compuesto; por ejemplo, la capa de emulsión de fosfolípidos que se obtiene a partir de aceites como el de maíz y soja es muy rica en lecitina, un emulgente muy usado en la industria alimentaria, por lo que se suele aprovechar comercialmente.
Este proceso consiste en tratar el aceite con agua o vapor (extracción acuosa),para que los fosfatidos y diversos compuestos hidrosolubles, tales como proteínas, hidratos de carbono se hidraten y precipiten al hacerse insolubles en la fase grasa, que es posible separar ya que establecen una fase inmiscible con el aceite; además de estas sustancias, también se extraen del agua que originalmente contiene la materia prima. No todos los aceites se someten al desgomado ya que algunos, como. por ejemplo. el de oliva no lo requieren, debido a su composición.
Para llevar a cabo esta operación, se le añade al aceite 2-3% v/v de agua o vapor en tanques dotados de agitador y se calienta la mezcla a 60º-70 0 C el aceite pasa a una centrifugadora de gran velocidad , en la que se separan los fosfátidos, junto con el agua en exceso, del aceite desgomado ; la fracción acuosa se separa por centrifugación o por una decantación lenta. Este paso es indispensable pues es muy importante eliminar los fosfátidos, dado que, aun en concentraciones bajas, provocan serios problemas en el almacenamiento, la refinación y la conservación del aceite, como, por ejemplo, una decantación en los tanques de almacenamiento, mayor susceptibilidad a la oxidación, formación de espumas durante el calentamiento, etcétera. El desgomado del aceite de soya y en ocasiones el de maíz, se practica mucho debido a que sus fosfátidos y otros lipidos se hidratan, esponjan y precipitan, sobre todo si se incrementa la temperatura; éstos se recuperan por centrifugación y se deshidratan. El producto resultante se conoce comercialmente como "lecítina", aunque en realidad contiene una baja proporción de este fosfolipido.. 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) Los fosfatidos de la soya representan de 2.5 a 3.5% del contenido de aceite; en el maní y el algodón esta fracción corresponde a 0.9-1.3% y 1.0-2.0%, respectivamente. El valor de la lecitina comercial depende de su contenido de fósforo, elemento que en promedio representa aproximadamente 3.9% de un fosfolípido puro.
NEUTRALIZACION (DESACIDIFICACION)
Neutralización, refinado o saponificación
Los aceites en bruto contienen ácidos grasos libres con una acidez original de un 4% a un 8%, lo que implica que el riesgo de alteración rápida es elevado. Para eli minarlos, los aceites se tratan con sosa o potasa en caliente. Los ácidos grasos libres precipitan en forma de jabones y se pueden eliminar
jabones formada por los ácidos grasos libres y la sosa, junto con otras impurezas, se deposita en el fondo del tanque, por donde se saca. En el caso del refinado continuo, la mezcla se separa por centrifugación. Tras este paso, el aceite neutralizado debe lavarse en profundidad con agua caliente. Generalmente, los aceites refinados son neutros, sin sustancias que se separen con el calentamiento, de color más claro, menos viscosos y más susceptibles de sufrir rancidez.
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.
Neutralización en fase de miscela
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 alcohólica y hexanica , esta pasa a a la destilación del disolvente y se recupera el aceite. La fase alcohólica, que contiene los jabones, se destina a recuperar el alcohol por destilación y a obtener ácidos gra sos por acidificación de los jabones.
Se aplica a los aceites con elevada acidez y a los aceites de semillas extraídos en disolución de hexano. Se tratan con NaOH y posteriormente se extrae con un disolvente polar (isopropanol) el jabón formado. El proceso se lleva a cabo en continuo. Se alimenta un mezclador con la miscela, alcohol y NaOH. La mezcla pasa a un decantador centrífugo que separa tres fases: Aceite neutro disuelto en hexano A evaporación Jabón en disolución alcohólica Tratamiento con H 2 SO 4 para separar ácidos grasos libres y recuperar el alcohol. Gomas residuales e impurezas. Después de la desacidificación los aceites son secados por calentamiento a vacío o mediante filtrado, antes de pasar a la decoloración.
Deshidratación
Antes de la decoloración es necesario eliminar el agua dispersa en el aceite (en este punto < 0.5%) ya que disminuiría la eficacia del tratamiento con adsorbentes. La deshidratación se realiza en torres a vacío en las que se atomiza el aceite mediante boquillas y el agua es eliminada por calentamiento a 70-80ºC.
DECOLORACION
Esta fase tiene como finalidad eliminar la coloración excesiva del aceite debida a la presencia de distintos pigmentos rresponsables de coloraciones no deseadas o excesivas en el aceite, como los carotenos, clorofila y derivados, xantofila, gosipol y derivados de oxidaciones del tocoferol, para lo cual se utilizan proce dimientos previos, en caliente o en frío, con deshidrata ción o sin ella; luego, el aceite se trata con carbón acti vo, bentonita u otro absorbente antes de su filtrado. La técnica, además, hace desaparecer peróxidos y gran parte de las trazas de metales. Algunas veces, esta fase se omite en aceites destinados a frituras o a la prepara ción de salsas.
La decoloración se realiza por suspensión en el aceite de materiales adsorbentes. Estos materiales son distintos agentes blanqueantes, generalmente tierras o carbones absorbentes (carbón activo) y vapor de agua o con arcillas activadas (mezclas de arcillas, activadas por tratamiento con H 2 SO 4 ). Los pigmentos son adsorbidos por los agentes decolorantes o blanqueantes y la separación posterior de estos materiales se realiza por filtración en filtros rotatorios y filtros prensa. El aceite retenido en los adsorbentes se extrae con un disolvente y se destila. Se emplean entre 1 y 2 kg de adsorbente por 100 kg de aceite. La decoloración a menudo aumenta la tendencia del aceite a la rancidez debido a que algunos antioxidantes naturalmente presentes en el aceite son eliminados con las impurezas.
Este tratamiento se le da a los aceites después de haberlos neutralizado para eliminar las sustancias que le imparten un determinado color, aunque en los pasos anteriores también se extraen muchas de ellas. El método más común se basa en un proceso de adsorción que utiliza diversos agentes absorbentes. principalmente arcillas neutras, arcillas ácidas activadas o carbón activado. Las neutras son derivados de la bentonita A1 4 Si 8 O 20 (OH) 4 n(H 2 0). y cuando e tratan con ácido sulfúrico o clorhídrico se producen las ácidas; pero el carbón activado es el más efectivo, aunque tiene el inconveniente de que es muy caro y de que retiene una gran cantidad de aceite; por esta razón, para lograr mejores resultados en la decoloración, a veces se mezclan arcillas neutras con 5-10% de carbón activado. El poder decolorante de estos materiales depende de muchos factores. pero sobre todo de la forma mícrocristalina que presenten y de las impurezas que contengan. Las tierras tratadas con ácidos se deben lavar bien pues de otra manera llegan a conferir cierta acidez al aceite. El proceso consiste en calentar la mezcla del agente adsorbente y el aceite a 80-90 0 C Durante un corto tiempo (15-20 min) para eliminar la humedad y activar el material; posteriormente se hace circular por un filtró prensa, para obtener por un lado el aceite y por el otro el adsorbente que puede regenerarse para volverlo a usar. En forma ideal, esta etapa se debería llevar a cabo en condiciones de vacío para evitar la acción dañina del oxígeno. Los principales pigmentos que deben separarse son las xantofilas, los carotéroides y las clorofilas; estas últimas requieren de arcillas ácidas o carbón activado; el gosipol del aceite de algodón y el beta caroteno son compuestos que no se eliminan por adsorción, pero el primero es sensible al calor y se destruye durante los diferentes tratamientos térmicos que recibe el aceite en su manufactura. La eficiencia de este paso se reduce cuando hay presencia de lípidos oxidados: los aceites ya decolorados pueden desarrollar algunos colores indeseables en el almacenamien to debido a reacciones de oxidación y de polimerización de los ácidos grasos insaturados.
DESODORIZACION
El objetivo es eliminar distintos compuestos responsables de olores y aromas no deseados en los aceites, o conseguir aceites sin olor ni sabor destinados a la producción de margarinas. Estos compuestos son principalmente aldehídos, cetonas, carotenoides, tocoferoles, ácidos grasos libres de cadena corta muy sensibles a la oxidación (como el butírico, isovaleriánico o caproico) y esteroles., y algunos compuestos azufrados. El proceso de desodorización se realiza mediante una destilación al vacío en corriente de vapor de agua o por destilación molecular. La utilización de sistemas continuos en este punto del refinado va aumentando cada vez más, en los que el aceite caliente va pasando a través de una columna en contracorriente con el paso de vapor. Se suele añadir cerca de un 0.01 % de ácido cítrico a los aceites desodorizados para inactivar metales traza como compuestos de hierro o cobre solubles que podrían provocar la oxidación y desarrollo de rancidez
Se hace por destilación al vacío y con un ligero arrastre de vapor. Generalmente, se realiza de forma continua, después de la hidrogenación, si es que ésta se lleva a cabo. Se debe trabajar a temperaturas inferiores a 2000 C para evitar calentamientos prolongados pueden originar polimerización. Es indispensable ausencia de aire; algunas veces, se añaden antioxidantes. Tras el proceso, el aceite se tiene que secar para evitar la hidrólisis de triglicéridos; el aceite se suele cok car en ausencia de aire o bajo nitrógeno.
Esté paso, elimina las sustancias volátiles responsables de los olores indeseables del aceite que provienen generalmente de las reacciones de oxidación; en su mayoría son cetonas o aldehidos de peso molecular bajó y, en ocasiones, ácidos grasos libres de menos de 12 átomos de carbono que se encuentran en concentraciones muy bajas del orden de 0.001 a 0.01%. El proceso consiste en calentar el lípido a l50-l60^0 C y hacerle circular una corriente de vapor desaereado que arrastra los compuestos indeseables; esto es posible ya que existe una gran diferencia entre la volatilidad de estos últimos y la de los triacilglicéri dos y constituyentes de la grasa. En general, se efectúa á presión reducida (aproximadamente 5 mm de Hg) para evitar el deterioro del aceite, aunque en ocasiones se añaden antioxidantes o agentes secuestradores, como el ácido cítrico para eliminar la acción catalizadora de los metales en los mecanismos de oxidación. Esta operación también elimina peróxidos. 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.
En este punto el aceite queda listo para su envasado y distribución comercial: sin embargo, algunos todavía se someten a un último paso que es la hibernación, pero esto depende de la naturaleza de los triacilglicéridos que contengan.
Refinación física de grasas y aceites o destilación.
La refinación física tiene como operación principal una destilación a vacío con vapor, a altas temperaturas (220-250ºC). Además de los ácidos grasos libres se eliminan también otras sustancias volátiles del residuo insaponificable.
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.
La refinación física se presenta como alternativa al convencional refinado con sosa, como una respuesta de las industrias elaboradoras de aceite al aumento de los costes y la mayor preocupación ambiental de nuestra sociedad. Las principales ventajas que ofrece esta tecnología en comparación con la convencional son las siguientes:
- Mayor simplicidad en las operaciones a realizar.
- Menor impacto ambiental.
- Menores pérdidas de aceite.
- Productos de buena calidad. En el refinado con sosa las etapas que se realizan son: desgomado, neutralización con álcali, lavado con agua, secado a vacío, decoloración y desodorización. En la refinación física, aunque hay operaciones comunes con el
cáustico como el desgomado y la decoloración, las etapas que se realizan son:
- Pretratamiento del aceite con ácidos inorgánicos (fosfórico) a temperatura controlada, para acondicionar los fosfolípidos del aceite crudo y facilitar la separación.
- Desgomado con agua u otro agente, a elevada temperatura durante un tiempo suficiente para hidratar las gomas.
- Centrifugación para separar aceite y agua.
- Lavado del aceite para eliminar restos de ácido, que si no daría lugar al desarrollo de olores y sabores indeseados.
- Calentamiento y secado a vacío.
- Decoloración del aceite
- Destilado o Desacidificación / Desodorización. En esta etapa radica la principal diferencia entre el refinado cáustico y el físico. El refinado físico se basa en la mayor volatilidad de los ácidos grasos libres en comparación con los triglicéridos, por lo que se hace una destilación con vapor a alta temperatura y a baja presión para eliminarlos. De esta forma también se eliminan sustancias insaponificables y otros volátiles formados por la ruptura de productos de oxidación de lípidos. Las condiciones en que se realiza la desacidificación suelen ser a 400-700 Pa de presión y a 220-270 ºC de temperatura, dependiendo del tipo de aceite. El aceite está en el destilador durante un tiempo bastante largo, 30-60 minutos, por lo que hay que controlar muy bien las condiciones para evitar en lo posible los cambios bioquímicos en el aceite.
