PRÁCTICA # 9

“EXTRACCIÓN DE LA MANTECA DEL CACAO”

OBJETIVOS:

Aplicar la técnica de extracción de soxhlet para obtener la manteca del cacao de un chocolate Obtener el rendimiento de la muestra obtenida para saber cuanta cantidad del producto a extraer se

encuentra en una cantidad determinada de un chocolate.

INTRODUCCIÓN:

El cacao (Theobroma cacao L.):  “Es una planta económicamente importante, cultivada en ciudades ecuatoriales incluyendo África, América del Sur y Asia”. Con relación a su origen proviene de la familia de las bitneriáceas, la planta puede alcanzar hasta 8-10 mts de altura, el fruto pesa de 400 a 500 gr., es de forma ovoidal con sección algo pentagonal y  la semilla se halla envuelta por una cáscara quebradiza. El grano de cacao está constituido por: (50–55) P% de manteca de cacao, (1,2–1,8) P% de Theobromina, (0,1–0,2) P% de Cafeína. 

Del cacao se obtienen diversos subproductos, entre ellos la manteca de cacao, la cual se utiliza extensamente para fabricar chocolates y otros productos de repostería, y en menor extensión en la industria farmacéutica.  La composición en ácidos grasos típica de la manteca de cacao es: (24–27 %) Palmítico; (33–35) % Esteárico; (34–37) % Oleico; (2–4) % Linoléico. Debido a esta composición la manteca de cacao tiene la propiedad única de fundirse muy rápidamente y también produce distintas formas de cristalización. El punto de fusión de la manteca de cacao es (35-36) °C, que se encuentra justo por debajo de la temperatura normal del cuerpo. 

Los granos de cacao son las semillas del árbol Theobroma cacao. Cada semilla consta de dos cotiledones y del pequeño embrión de la planta, todos cubiertos por la piel (cáscara). Los cotiledones almacenan el alimento para el desarrollo de la planta y dan lugar a las dos primeras hojas de la misma cuando la semilla germina. El almacén de alimentos consta de grasa, conocida como manteca de cacao, que conforma casi la mitad del peso seco de la semilla. La cantidad de grasa y sus propiedades, tales como su punto de fusión y dureza, dependen de la variedad de cacao y de las condiciones ambientales.

Las semillas son fermentadas, lo que causa diversos cambios químicos tanto en la pulpa que las rodea como dentro de ellas mismas. Estos cambios producen el desarrollo del sabor a chocolate así como el cambio de color de las semillas. A continuación, las semillas son secadas y enviadas a la planta de procesamiento para ser dispuestas como materia prima para la producción de la masa de cacao, del cacao en polvo y de la manteca. La primera etapa del proceso incluye el tostado de los granos para producir el cambio en el color y el sabor, además de la remoción de la cáscara. Posterior a estas operaciones, se lleva a cabo un proceso de alcalinización con el fin de alterar el sabor y el color.

Algunos resultados del análisis de la composición química de los granos de cacao luego de su fermentación y secado es:

Estos resultados dan una indicación acerca de la composición química del grano de cacao. No obstante, es necesario recordar que dicha composición variará dependiendo del tipo de grano, la calidad de la fermentación y secado y del posterior procesamiento del mismo1.

1 Beckett S.T., Industrial chocolate manufacture and use. Second edition. Blackie Academic & Professional, 1994 Minifie B.W., Chocolate, cocoa, and confectionery science and technology. Third edition. Van Nostrand Reinhold, 1989 Dand R., The international cocoa trade. Woodhead Publishing, 1993

COMPUESTO % Máximo de cotiledón(o grano sin cáscara)

% Máximo decáscara

Agua 3.2 6.6

Grasa (manteca de cacao,grasa de la cáscara)

57 5.9

Cenizas 4.2 20.7

Nitrógeno

Nitrógeno total 2.5 3.2

Teobromina 1.3 0.9

Cafeína 0.7 0.3

Almidón 9 5.2

Fibra cruda 3.2 19.2

1

" La manteca del cacao es la grasa producida de una o más de las siguientes fuentes: granos de cacao, licor de cacao (masa de cacao), torta de cacao y aquella extraída mediante procesos mecánicos y/o por la vía de solventes permitidos, de la torta o polvo de cacao fino".

Características de Fusión de la Manteca de Cacao La temperatura de fusión de la manteca de cacao es de suma importancia para la industria chocolatera, especialmente en confitería y en la fabricación de barras de chocolate. Aunque tiene varias propiedades que la distingue como la más comercial de las grasas, desde el punto de vista tecnológico la más ventajosa ésta relacionada con su característica de fusión, al mismo tiempo es de las pocas grasas de origen vegetal que posee un delicioso y característico olor a chocolate. El punto de fusión de la manteca de cacao está íntimamente vinculado al grado de instauración de sus ácidos grasos. A nivel de la manufactura del chocolate y de los productos que la emplean como ingrediente, debe tener un sabor y olor estable durante prolongados períodos de tiempo. La manteca de cacao que esté suficientemente saturada exhibirá excelente estabilidad a la oxidación y no contendrá ácidos grasos libres como consecuencia de la actividad de la enzima lipoxidasa que es producida por hongos contaminantes que representaría un problema por la formación de "sabores y olores desagradables"

Diferencias en el comportamiento de fusión de las grasas de otras especies del genero Theobroma La manteca de cacao extraída de granos procedentes de regiones muy lejanas al Ecuador refleja en la mayoría de los casos una textura suave. Este tipo de manteca suave de bajo punto de fusión es poco utilizado en las líneas de producción de chocolate, porque puede ser necesario su enfriamiento para aumentar su dureza, siendo muchas veces pésima su calidad puesto que es difícil la producción de un chocolate con la textura lo suficientemente firme. Las mantecas suaves representan un problema económico de mucha importancia para el cultivador de cacao en el mundo, sobre todo para con aquellos que operan a una gran distancia del Ecuador (1600 Km. o más) que están muy afectados debido a la correlación positiva existente entre el punto de fusión de la manteca de cacao y los cambios de la temperatura media diaria durante el período de desarrollo del fruto. La manteca de cacao común contiene altos contenido de ácido palmítico comparado con la manteca obtenida de T. grandiflora y T. bicolor, pero por el contrario estos últimos contienen niveles significativos del ácido oleico. La grasa de estas especies de Theobroma son suave a diferencia del Theobroma cacao L., originado a su diferente composición en triglicéridos. Los altos niveles de triglicéridos di-insaturados explican la suavidad y bajo punto de fusión bajo en la grasa del T. bicolor. Por el contrario, la manteca de cacao del T. cacao contiene normalmente en su composición aproximadamente 80% de triglicéridos simétricos mono-insaturados2

La grasa o manteca de cacao puede ser extraída del grano de diversas formas. Por ejemplo, la manteca pura es extraída a partir de la masa de cacao a través del uso de una prensa horizontal. Los granos de cacao de calidad inferior a la estándar pueden someterse a presión sin ser descascarados, usando para ello prensas contínuas tipo expeller. La manteca pura de cacao obtenida por presión horizontal no necesita un tratamiento posterior pero a menudo es deodorizada. Así mismo, un proceso de extracción por solvente puede ser usado para extraer la manteca de la pasta residual proveniente del prensado con el expeller. En este caso, este tipo de manteca sí deberá refinarse. La manteca de cacao obtenida por presión de los granos de cacao sin cáscara presenta las siguientes propiedades: fácil fracturamiento por debajo de 20°C, punto de fusión cercano a los 35°C con suavizamiento de su textura alrededor de los 30 – 32 °C. Este producto está compuesto de un cierto número de glicéridos. Al respecto, dos estudios señalaron que el porcentaje de los glicéridos que lo componen es el siguiente:

El polvo de cacao es formado a partir de la masa de cacao. Cierto tipo de prensas son utilizadas para remover parte del contenido graso y obtener finalmente un material sólido denominado pasta de cacao prensada. Este producto es posteriormente triturado para dar lugar al polvo de cacao. El proceso puede ser alterado para producir polvos de cacao de diversas composiciones y con diferentes niveles de grasa. Un análisis de la composición de este producto se presenta a continuación. Sin embargo debe tenerse en cuenta que ésta variará según el tostado, la alcalinización y el tipo de prensado realizado:  

% Humedad 3.0

Mantequilla de cacao 11.0

pH (suspensión al 10%) 5.7

% Cenizas 5.5

% Cenizas solubles en agua 2.2

2 Liendo, Rigel. 2004. Manteca de cacao. Revista Digital CENIAP HOY N° 5, mayo-agosto 2004, Maracay, Aragua, Venezuela. URL: www.ceniap.gov.ve/ceniaphoy/articulos/n5/arti/rliendo.htm

Glicéridos Porcentaje

Trisaturados 2.5 a 3.0

Triinsaturados (trioleína) 1.0

Di-insaturados  

Estearo-dioleína 6 a 12

Palmito-dioleína 7 a 8

Monoinsaturados  

Oleo-diestearina 18 a 22

Oleo-palmitoestearina 52 a 57

Oleo-dipalmitina 4 a 6

2

% Alcalinidad de cenizas solubles en agua en el cacao original, expresado como K2O

0.8

% Fosfato (expresado como P2O5) 1.9

% Cloro (expresado como NaCl) 0.04

Cenizas insolubles en HCl 50% 0.08

% Cáscara (calculado a partir de granos sin cáscara no alcalinizados)

1.4

Nitrógeno total 4.3

% Nitrógeno (corregido por alcaloides) 3.4

Proteína  

% Nitrógeno corregido por alcaloides x 6.25

21.2

% Teobromina 2.8

DISOLVENTES DE EXTRACCIÓN:

Criterios de pureza: No contendrán ningún elemento o sustancia en cantidades toxicológicamente peligrosas. No contendrán más de 1 mg/kg de Arsénico, ni más de 1 mg/kg de plomo Deben cumplir los criterios específicos de pureza que para los mismos se establezcan.

Disolventes de extracción que deben utilizarse de acuerdo con las buenas prácticas de fabricación para todos los usos:

Propano Butano Acetato de etilo Etanol Anhídrido carbónico Acetona3

Pentóxido de nitrógeno

Se considera que un disolvente de extracción se utiliza de acuerdo con las buenas prácticas de fabricación si su empleo solo produce la aparición de residuos o derivados en cantidades técnicas inevitables y que no supone riesgo para la salud humana.

DISOLVENTES DE EXTRACCIÓN CUYAS CONDICIONES DE EMPLEO SE ESPECIFICAN:

DISOLVENTE CONDICIONES DE UTILIZACION Residuos máximos en los productos alimenticios o en los ingredientes extraídos en mg/kg

HEXANO (1)

Producción o fraccionamiento de grasas y de aceites y producción de manteca de cacao

1 en la grasa, en el aceite o en la manteca de cacao

Preparación de productos a base de proteínas desgrasadas y de harinas desgrasadas

10 en los productos alimenticios que contengan el producto a base de proteínas y en las harinas desgrasadas 30 en los productos desgrasados de soja tal como se venden al consumidor final

Preparación de semillas de cereales desgrasados

5 en las semillas de cereales desgrasados

ACETATO DE METILO

Descafeinado o supresión de los elementos irritantes o amargos del café y del té

20 en el café o en el té

Producción de azúcar a partir de melazas 1 en el azúcar

METILETILCETONA(3) Fraccionamiento de grasas y aceites 5 en la grasa o en el aceite

Descafeinado o supresión de los elementos irritantes o amargos del café y

20 en el café o en el té

3 Se prohíbe la utilización de acetona en el refino de aceite de orujo de oliva.

3

DISOLVENTE CONDICIONES DE UTILIZACION Residuos máximos en los productos alimenticios o en los ingredientes extraídos en mg/kg

del té

DICLOROMETANODescafeinado o supresión de los elementos irritantes o amargos del café y del té

2 en el café torrefacto 5 en el té

METANOL Para todos los usos 10

2-PROPANOL Para todos los usos 10

(1) Hexano: Producto comercial compuesto esencialmente de hidrocarburos acíclicos saturados que contienen 6 átomos de carbono y se destila entre 64º y 70º.

(2) Se prohíbe el empleo conjunto de hexano y metiletilcetona (3) La presencia de n-hexano en este disolvente no deberá exceder de 50 mg/kg. Queda prohibida

la utilización de este disolvente en combinación con el hexano.

DISOLVENTES DE EXTRACCIÓN CUYAS CONDICIONES DE UTILIZACIÓN SE ESPECIFICAN

DISOLVENTE

Contenido máximo de residuos en los productos alimenticios debidos a la utilización de disolventes de extracción en la preparación de aromas a partir de plantas aromáticas naturales en mg/kg

ETER DIETÍLICO 2

1-PROPANO 1

HEXANO (1) 1

CICLOHEXANO 1

ACETATO DE METILO 1

1-BUTANOL 1

2-BUTANOL 1

METILETILCETONA (1) 1

DICLOROMETANO 0,02

1,1,1,2-TETRAFLUOROETANO 0,02

EXTRACTOR SOXHLET:

El extractor Soxhlet o simplemente Soxhlet es un tipo de material de vidrio utilizado para la extracción de compuestos, generalmente de naturaleza lipídica, contenidos en un sólido, a través de un solvente afín.

Fue inventado en 1879 por Franz von Soxhlet, y fue diseñado originalmente para extraer un lípido de una muestra de un material sólido. Este equipo está diseñado para aplicaciones a nivel micro durante el análisis y experimentación en procesos de extracción de grasas. Integrado por un extractor, un condensador especial de tipo bulbo y un matraz; El condensador está provisto de una chaqueta de 100 mm de longitud, con espigas para la entrada y salida del agua de enfriamiento. El extractor tiene una capacidad, hasta la parte superior del sifón, de 10 ml; el diámetro interior del extractor es de 20 mm y longitud de 90 mm. El matraz es de 500 ml de capacidad.Esta conformado por un cilindro de vidrio, vertical de aproximadamente un pie de alto y una pulgada y media de diámetro. La columna está dividida en una cámara superior e inferior. La superior o cámara de muestra sostiene un sólido o polvo del cual se extraerán compuestos. La cámara de solvente, exactamente abajo, contiene una reserva de solvente orgánico, éter o alcohol. Dos tubos vacíos, o brazos corren a lo largo, a un lado de la columna para conectar las dos cámaras. El brazo de vapor, corre en línea recta desde la parte superior de la cámara del solvente a la parte superior de la cámara del sólido. El otro brazo, para el retorno de solvente, describe dos U sobrepuestas, que llevan desde la cámara de la muestra el solvente hasta la cámara de solvente. El soxhlet funciona cíclicamente, para extraer las concentraciones necesarias de algún determinado compuesto.

Éste funciona de la siguiente forma: Cuando se evapora el solvente sube hasta el área donde es condensado; aquí, al caer y regresar a la cámara de solvente, va separando los compuestos, hasta que se llega a una concentración deseada. Esto puede ocasionar problemas con algunos compuestos, que con los ciclos llevan a un rompimiento, como lo es el ámbar4.

4 XORGE A. DOMÍNGUEZ Química Orgánica Fundamental edit. Limusa 2ªed. México 1987. pp. 30,31

4

=PARTE EXPERIMENTAL=

MATERIALExtracción continua de soxhlet:Equipo soxhlet 24/40 c/cámara de extracción y refrigerante p/agua Matraz redondo 500 ml 24/40 Dedal para soxhletRefrigerante para agua 24/40 con mangueras Pinza de 3 dedos c/nuez Canasta de calentamiento c/conexión Reóstato con conexión

1

1

1

111

Espátula Vaso de precipitados de 250 mL Anillo metálico Baño María eléctrico Mechero con manguera Matraz bola de 25 mL (Quickfit) Agitador de vidrio Tela de alambre con asbesto Mechero Bunsen Papel filtroCrisol de porcelanaSoporte universal

111111111211

SUSTANCIAS: Hexano, chocolate (que contenga en sus ingredientes a la manteca del cacao)EQUIPO: Balanza analítica

PROCEDIMIENTO:

En el matraz redondo de 500mL coloque aproximadamente 250ml de hexano y agregue cuerpos porosos. Llene el dedal con 1 barra de chocolate (previamente molida) y colóquela en la cámara de extracción. Luego caliente con cuidado hasta ebullición del hexano, cuyos vapores deberán condensarse en el refrigerante para caer sobre el chocolate. En el momento en el que la cámara de extracción se llene con el hexano, éste cae, por diferencia de gravedad, al matraz. Este proceso se repite continuamente, de tal manera que cada vez se extrae mayor cantidad de aceite esencial. El número de descargas del extracto hexánico puede variar en función de la cantidad y calidad de la muestra. El profesor le indicará el # apropiado de descargas.Al terminar desmonte el equipo y seque el extracto el extracto con sulfato de sodio anhidro, filtre o decantar. Destile el exceso de hexano en un equipo de destilación simple o en el rotavapor, dejando aproximadamente 5mL de residuo o cola de la destilación, que es un extracto mas concentrado. Colóquelo en otro vial y utilícelo para calcular el rendimiento de la muestra.

RESULTADOS:

CHOCOLATE (marca Carlos V Nestle)Contenido neto: 23g

Ingredientes: AzúcarPasta de cacaoManteca de cacaoLeche descremada en polvo

5

Sólidos de lecheGrasa butíricaGrasa vegetalLecitina de soyaSaborizantes artificialesPolirricinoleato de poliglicerol

Masa inicial del chocolate 22.6328gMasa final de la muestra (manteca del cacao) 5.2572gContenido en otros componentes del chocolate 17.3756g

DISCUSIÓN DE RESULTADOS:

Se realizó la extracción de la manteca de cacao por el método de soxhlet para obtener resultados cuantitativos de nuestra experimentación.

Ya que fue molido el chocolate inicialmente en el crisol y era difícil de pesar, al preparar el cartucho se pesó inicialmente el papel filtro (2.2600g) y después se añadió la muestra para ser pesado todo (24.8928g) y al final restar la masa del papel para obtener la masa inicial del chocolate que fue de 22.6328g.

Se realizó la extracción con el equipo soxhlet y como disolvente hexano ya que como se observó en la introducción de la práctica, este es un disolvente ideal para este tipo de componente (grasa), debido a su baja polaridad y a que es un disolvente que se permite para la extracción de grasas y esencialmente para la manteca del cacao; después se sometió a una destilación simple para separar el residuo obtenido del disolvente.

Por último se peso la masa final de la muestra obtenida y nos dio un resultado de 5.6362g, que podemos observar que es una gran cantidad respecto a la masa inicial con un rendimiento del 23.23%.

Podemos observar que la muestra obtenida es casi una cuarta parte de la muestra original, esto debido a que como podemos observar en los ingredientes del chocolate analizado, la mayor parte de la composición del chocolate se basa en grasas, y el hexano es un compuesto que disuelve grasas, por lo que la muestra además de la manteca del cacao (que esta compuesta por ácidos grasos como el palmítico, esteárico, linoleico y oleico), contenía grasas butírica y vegetal, sin embargo así mismo observamos mediante la práctica experimental que realmente el chocolate contiene demasiadas grasas en su composición, por eso del porcentaje tan relativamente alto para la muestra en grasa.

En las imágenes se puede observar algunas partes de nuestro procedimiento durante esta práctica, donde se logra observar el aspecto final de la grasa (inicialmente el chocolate era café claro) y la grasa era de un color café oscuro con un olor penetrante.

El grupo funcional de la muestra es el ácido carboxílico, como se dijo anteriormente al decir sus componentes grasos y su punto de fusión es de 35ºC.

CUESTIONARIO:

1. ¿Qué practicas del curso utilizaste en la extracción de tu sustancia? Disolventes orgánicos, extracción simple y extracción por soxhlet.

2. Dar la estructura química del producto aislado: 24-27% ácido palmítico [hexadecanoicoCH3(CH2)14COOH] , 33-35% ácido esteárico [octadecanoicoCH3(CH2)16COOH], 34-37% ácido oleico [ (z)-9-octadecenioco

6

CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH] y 2-4% ácido linoléico [(Z,Z)-9,12-octadecenioco ciclohexanocarboxílico CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH c-C6H11COOH]

3. ¿Qué conocimiento adicional aprendiste después de realizar este proyectó? Que para cada compuesto que se desee obtener se tiene que tener un disolvente o específico o ideal ya que no todos los disolventes se pueden utilizar para un mismo compuesto ya que esto depende tanto de la polaridad, como de la estructura del compuesto a extraer o a determinar. Además de que se puede extraer cualquier compuesto deseado si se aplican las técnicas adecuadas investigando previamente cuáles son tanto su estructura como sus componentes.

CONCLUSIONES:

En esta práctica se realizó la extracción de la manteca del cacao aplicando la técnica de extracción por soxhlet, debido a que este tipo de material de vidrio se utiliza esencialmente y es ideal para extraer compuestos de naturaleza lipídica (como en este caso la manteca que se compone básicamente de ácidos grasos) contenidos en un sólido, a través de un solvente afín.También se aprendió como para cada compuesto existe un disolvente, sino ideal, adecuado para el tipo de técnica que se vaya a utilizar de acuerdo con la naturaleza tanto del compuesto como del disolvente, es decir su composición química y sus propiedades específicas.Además de que aprendimos que se puede aislar cualquier componente deseado aplicando las técnicas adecuadas.

BIBLIOGRAFÍA:

Beckett S.T., Industrial chocolate manufacture and use. Second edition. Blackie Academic & Professional, 1994 Minifie B.W., Chocolate, cocoa, and confectionery science and technology. Third edition. Van Nostrand Reinhold, 1989 Dand R., The international cocoa trade. Woodhead Publishing, 1993Liendo, Rigel. 2004. Manteca de cacao. Revista Digital CENIAP HOY N° 5, mayo-agosto 2004, Maracay, Aragua, Venezuela. URL: www.ceniap.gov.ve/ceniaphoy/articulos/n5/arti/rliendo.htmXORGE A. DOMÍNGUEZ Química Orgánica Fundamental edit. Limusa 2ªed. México 1987. pp. 30,31WADE,L.G.,Jr. Química Orgánica 5ªed. Edit Prentice Hall, España 2006. p 901http://www.fq.uh.cu/dpto/qi/Aimee/sintesis_inor_web/conf_3.htm (28/ago/2006)

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