Informe de sacha inchi final

TRABAJO DE INVESTIGACION:INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA Y EL

TIEMPO EN LA DIFUSIÓN DEL ACEITE DE LA SEMILLA DE

SACHA INCHI EN LA EXTRACCIÓN POR SOLVENTE

CATEDRA: INGENIERIA DE ALIMENTOS II

CATEDRATICO: M. Sc Ing. ACOSTA LÓPEZ,RAFAEL

INTEGRANTES: BALBIN CHUQUILLANQUI, YULISA

CANCHANYA ESPIRITU, MAGALY

CRISPIN ALIAGA, ROGER

MARCAÑAUPA DE LA CRUZ, JOSE LUIS

SEMESTRE: VII

HUANCAYO –PERU 2015

FACULTAD DE INGENIERIA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS

INGENIERIA DE ALIMENTOS II

I. INTRODUCCIÓN

La presente práctica que lleva por título: “INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA Y EL TIEMPO EN LA DIFUSIÓN DEL ACEITE DE LA SEMILLA DE SACHA INCHI EN LA EXTRACCIÓN POR SOLVENTE” realizado en el laboratorio de la FACULTAD DE INGENIERÍA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS DE LA UNCP, se hará uso de la semilla de sacha inchi (semillas altamente oleaginosas), de la cual se obtiene alto % de aceites, la extracción será mediante el solvente hexano, usando un equipo soxhlet.

En la actualidad se ha puesto poco interés al fenómeno de la transferencia de masa, sin

embargo es bastante importante para la industria como en el secado de alimentos y la

extracción de materiales que contienen aceites, mientras que la difusividad ha sido

estudiada ampliamente. La Difusividad es una propiedad de transporte importante para

predecir el coeficiente de transferencia de masa, el cual es ùtil para diseñar equipos de

transferencia. El principio de la extracción con disolventes es un mecanismo complejo para

materiales que contienen aceites, debido a la estructura celular de los cuerpos vegetales. La

extracción sólido - líquido, se define como la acción de separar con un líquido una fracción

específica de una muestra, dejando el resto lo más íntegro posible.

Se pueden realizar desde los tres estados de la materia, y se llaman de la siguiente manera:

Extracción sólido – líquido; extracción líquido – líquido y extracción gas – líquido.

La primera es la más utilizada y es sobre la que trata este trabajo de investigación, en base a

la extracción con el equipo Sohxlet, teniendo como materia prima las semillas de sacha

inchi. El período de extracción se hizo en una serie de etapas que incluyeron: la entrada del

solvente a la matriz, la solubilización y/o ruptura de los componentes, el transporte del

soluto y la velocidad de extracción se expresó en masa de soluto por unidad de tiempo.

Para la presenta práctica se planteo los siguientes objetivos:

Aplicar el proceso de lixiviación (solido-liquido) en la extracción de aceites por

solvente.

Determinar el coeficiente de difusión mediante el modelo de crank en la extracción

de semillas de sacha inchi.

M. Sc Ing. Rafael Acosta López,


II. FUNDAMENTO TEORICO

2.1LIXIVIACIÓN

Fernaroli’s (1975): La lixiviación produce el desplazamiento de sustancias solubles o de alta dispersión. Es un proceso en el cual se extrae uno o varios solutos de un sólido, mediante la utilización de un disolvente líquido. Ambas fases entran en contacto íntimo y el soluto o los solutos pueden difundirse desde el sólido a la fase líquida, lo que produce una separación de los componentes originales del sólido.

2.2 EXTRACCIÓN SÓLIDO-LIQUIDO

Es la separación de uno o más componentes contenidos en una fase sólida, mediante la utilización de uno o más componentes contenidos en una fase sólida, mediante la utilización de una fase líquida o disolvente.

Entre más grande sea la superficie de contacto entre la parte sólida y el líquido que le atraviesa aumenta la eficiencia de la extracción y para que se dé esto es necesario que la parte sólida se le someta a un pre tratamiento que normalmente es el secado y la molienda de la muestra.Los componentes de este sistema son los siguientes:

1. Soluto: Son los componentes que se transfieren desde el sólido hasta en líquido extractor.

2. Sólido Inerte: Parte del sistema que es insoluble en el solvente.3. Solvente: Es la parte líquida que entra en contacto con la parte sólida con el fin de

retirar todo compuestos solubles en ella.



2.3 EXTRACCIÓN DE ACEITES

Bernardini (1981): Durante el proceso de extracción, la temperatura sobrepasa los 75 grados centígrados, se pueden alterar las propiedades de los aceites especiales como el omega 3”

Bernardini (1981): explica la influencia del tratamiento térmico en la extracción de aceite basado en que las gotitas de aceite, de dimensiones ultramicroscópicas que están repartidas en la masa de la semilla, por efecto de la elevación de la temperatura se unen entre ellas para originar gotitas más grandes, que salen más fácilmente de la masa de la semilla.

Además, el aceite que está contenido en estado de emulsión con las proteínas, al calentarse origina la desnaturalización de las proteínas con la consiguiente rotura de la emulsión y, por tanto, la separación del aceite.

2.4VARIABLES DE EXTRACCION

Coats HB, Karnosfky G. (1950):La velocidad y eficiencia de la extracción es afectada por diversos factores, principalmente por aquellos que tienen relación directa con la solubilidad de los componentes que se desean extraer. Los factores son los siguientes: temperatura, concentración del solvente, tamaño de las partículas, porosidad y agitación. Las propiedades que cada variable añade al proceso de extracción son diversas, es por esto que el estudio de dichas variables es importante para determinar un proceso óptimo de extracción.

Temperatura: Al aumentar la temperatura se aumenta la velocidad porque la solubilidad es mayor; la temperatura máxima para cada sistema está limitada por el punto de ebullición del solvente, el punto de degradación del producto, la solubilidad de impurezas y por economía.

Concentración: La concentración del solvente es importante para soluciones acuosas, debido a la saturación y a la existencia de reacciones químicas, sin embargo es de poca importancia cuando la extracción es controlada por difusión.

Tamaño De Partícula: La reducción de partículas tiene gran importancia, porque aumenta el área de contacto y disminuye el tiempo necesario para la extracción, sobre todo para sólidos de baja porosidad; por otra parte la porosidad permite que el líquido penetre a través de los canales formados por los poros dentro del sólido, aumentando así el área activa para la extracción.



Agitación: la agitación otorga una mayor eficiencia en la extracción debido a que disminuye la resistencia a la difusión, eliminando la película de fluido que cubre la superficie del sólido en reposo (Universidad Nacional de Colombia, 2000).

3 EXTRACCIÒN POR SOXHLET

Figura Nº 1Extracción con Soxhlet en el momento en que se produce el sifonamiento del solvente

DESCRIPCIÒN DEL PROCESO:La extracción Soxhlet se fundamenta en las siguientes etapas: 1) colocación del solvente en un balón. 2) ebullición del solvente que se evapora hasta un condensador a reflujo.3) el condensado cae sobre un recipiente que contiene un cartucho poroso con la muestra en su interior. 4) ascenso del nivel del solvente cubriendo el cartucho hasta un punto en que se produce el reflujo que vuelve el solvente con el material extraído al balón.



5) Se vuelve a producir este proceso la cantidad de veces necesaria para que la muestra quede agotada. Lo extraído se va concentrando en el balón del solvente.

Figura Nº 2

Curva general de extracción de aceite en función del número de sifonadasLa Figura Nº 2 es una curva general de extracción en función del número de sifonadas se puede ver que las primeras son las que más material disuelven y que luego la curva se hace casi asintótica. Este mecanismo de extracción es lógico y normal, dado que al comienzo hay mucho material para extraer y dentro de él hay fracciones de fácil separación, pero a medida que avanza el proceso cada vez es más difícil extraer la pequeña fracción remanente, hasta que en las etapas finales no se extrae nada más. Como en todo este tipo de procesos es de importancia capital definir el punto final que dependerá del sistema conformado por el equipo, la muestra y las condiciones de temperatura

2.5 SACHA INCHIa) Definición:

Valles (1995):El Sacha Inchi (Plukenetia Volúbilis Linneo) es una semilla que se obtiene a través del cultivo en tierras orgánicas que se ubican en la Selva Oriental y Central del Perú en alturas bajas y medias e implica naturalmente todas las labores agrícolas correspondientes, requiriéndose de áreas cuya extensión está en relación a la producción que se desea lograr. La variedad de tierra da 1000 Kg en el 1er año, se incrementa paulatinamente hasta el 3er año en que alcanza su máxima productividad, la primera cosecha es a los 10 meses, se requiere de un promedio de 6Kg de semilla para producir 1 Kg. de aceite.



Actualmente existe poca oferta de semilla en relación a la demanda, la producción de aceite por ser un producto nuevo aun no alcanza volúmenes importantes, todo lo cual configura un precio de mercado que irá tomando su valor conforme se incremente la demanda y se extiendan los cultivos.

b) Características Físicas del Sacha Inchi

CIDRAP(1993), menciona: La almendra de sacha inchi, tienen un:

Peso variable entre 0.771 y 0.774 gramos Espesor entre 7.7 a 8.3 mm Diámetro entre 14.8 y 15.2 mm Son de color marrón oscuro, ovales de 1.5 -2.0 cm. de diámetro, ligeramente

abultadas en el centro y aplastadas en los bordes.

Se puede apreciar el alto contenido en aceite determinado en las semilla de sacha inchi de aproximadamente 54.90% en base seca, clasificándola como semilla oleaginosa de alto contenido en aceite

Cuadro 1: Análisis Fisicoquímico de la semilla de sacha inchi

Fuente: CIDRAP( 1961),ORIGEN DEL SACHA INCHI

c) Composición En Ácidos Grasos Del Aceite De Sacha Inchi

Las semillas del Sacha Inchi tienen proteínas, antioxidantes y además, omega 3, un ácido graso esencial que el organismo no puede producir ni sintetizar y que previene problemas cardiovasculares, ayuda a disminuir el colesterol y fortalece el sistema inmunológico.

El total de ácidos grasos saturados asciende a solo el 9.08% destacándose el ácido palmítico con un 5.6%. El total de ácidos grasos insaturados es de 90.34%, destacándose el ácido



linolénico con un 43.75% y en segundo lugar el ácido linoléico con un 36.99% valores que demuestran que el aceite es factible en la industrialización de aceites comestibles.

Tabla 1. Características de solventes para extracción de aceites y grasas

SOLVENTE RANGOS DE EBULLICIONPentano

Hexano

Heptano

Octano

30 – 35 °C

63.3 - 69.5 °C

87.8 – 97.7 °C

100 - 140 °C



2.6 DETERMINACION DEL COEFICIENTE DE DIFUSIONLa estimación de los coeficientes de difusión o difusividades es importante para determinar la velocidad de transferencia de masa. En los materiales celulares, las macromoléculas pueden estar enlazadas químicamente a la matriz sólida, pero la velocidad de estas reacciones pueden ser limitadas por la difusión.

2.7 MODELO MATEMÁTICOSLa difusión molecular puede ser definida por la segunda ley de Fick para el estado no estacionario como:

( ∂ c∂ θ )=D( ∂2 c

∂2 z )−−−−(1)

Donde:C=concentración de soluto a la distancia z del origen y al tiempo θθ=tiempoD=Coeficiente de difusión, cantidad de material que pasa por un plano de unidad de área en un unidad de tiempo debido a una gradiente de concentración de la unidad.Para obtener la difusión de acuerdo a la ley de Fick ciertas condiciones deben ser establecidas (Fan y col.,1948)

a) D debe ser constante e independiente del espesor.b) La forma de la lamina debe ser razonable homogénea.c) La distribución del aceite en la célula debe ser uniforme y la difusión a través de la

orillas de la placa debe ser despreciable.d) El grosor de la muestra debe ser uniforme y el mismo para todas las muestras que

son extraídas al mismo tiempo.

Si la lamina es porosa, y la condiciones anteriores se cumplen, una de las soluciones encontradas para la ecuación (1) para una placa infinita está dada por Cranck(1957). Que corresponde al flujo en una sola dirección, solución correspondiente a las condiciones limite de:La relación entre las concentraciones c, del aceite en el disolvente pueden convertirse a una relación entre las cantidades de aceite por unidad de volumen del solido q, quedando la solución representada en la ecuación (2).

qθ

q0= 8

π2 ∑n=0

n=∞ 1(2n+1 )2

e−(2 n+1 )2( Dθ

(2 L )2 )−−(2)

Donde:θ=tiempode extraccion , sq0=cantidad inicial de aceite enel solido cuandoq=0

qθ=cantidad deaceite por unidad de solidoaq min , gg

s . s .

2 L=espesor de al muestra sujeta aextraccion , m



n=indice de sumatoria

La serie representada por la ecuación converge rápidamente y así que pocos términos(n) son con frecuencia suficiente para los cálculos prácticos (Treybal, 1990).

qθ

q0= 8

π2 (e(Dθ π2

( 2 L )2 )+ 19

e( 9 Dθ π 2

(2 L )2 )+ 1

25e(25 Dθ π 2

(2 L )2 )+…) ..(3)

Excepto para valores muy pequeños de θ , el primer término es suficiente y la ecuación se reduce a:

qθ

q0=

8π2 e

−π 2 Dθ(2L )2−−−−(4)

y entonces:

Siendo:𝜃: tiempo de difusión en segundosqθ : Masa de aceite por unidad de sòlido a q min, (g/g s.s)q0: Cantidad inicial de aceite en el sólido cuando q=02 L: Espesor de la muestra sujeta a extracción m

D: Coeficiente de difusión m2

s


logqθ

q0=−0.0911−4.286∗D

(2 L)2 ∗θ-------(5)


III. MATERIALES Y MÉTODOS

3.1 MATERIALES



3.2 EQUIPOS


Semillas de Sacha Inchi

Hexano

Papel aluminio

Papel filtro

Probetas de 100mL

Mortero

Pabilo

Tubos de ensayo

Gradilla


3.3MÉTODOLOGIA


Equipo soxhlet

Balanza analitica

Estufa

Cocinilla electrica


IV. RESULTADOS Y DISCUSIÓN


Repetir todo el proceso para cada uno de los tiempos.

Anotar los pesos de aceite obtenido por la diferencia de pesos.

Pesar el balón para obtener el aceite obtenido.

Llevar el balón con aceite y hexano a la estufa por 30 min a 70 para obtener una aceite sin restos de hexano.

Recuperar el hexano hasta que quede muy poco hexano con aceite en el balón.

Controlar tiempos de extracción (30, 60, 90,120,150, 180 min) a partir de la primera sifoneada.

Medir 200 ml de hexano y añadirlo al equipo soxhlet, conjuntamente con la muestra empaquetada

Pesar el balón y registrar su peso

EXTRACCIÓN POR SOHXLET

PREPARACIÓN DE MUESTRALas semillas serán secadas en una estufa por 60 minutos y luego molidas en un

mortero con una granulometría promedio.

Pesar 5 g de semillas molidas Empaquetar en papel filtro y asegurarlo con un pabilo


4.1 Resultados:

Cuadro N° 1

Tiempo(min)

Peso del balón vacío

(g)

Peso del balón +¿ aceite

(g)

Peso del aceite

(g)

% de aceite

extraído

30 108.681 110.594 1.319 51.705213660 159.766 161.229 1.463 57.350058890 122.117 123.678 1.561 61.1916895120 116.602 118.214 1.612 63.1909055150 108.681 110.761 2.080 81.5366523180 108.681 111.232 2.551 100

% DE GRASA DEL SACHA INCHI ES=51.02%

Cuadro N° 2

CUADRO 3:COEFICIENTE DE DIFUSIVIDAD (

m2

s)

D=5 ,777 ×10−9 m2/ s


Tiempo (min)

Aceite extraído (g/ g ss.) Fracción de aceite retenido(qθ/q0 ) log(qθ/q0 )

0 0 1 030 1.319 0.482947864 -0.31609975160 1.463 0.426499412 -0.37008156390 1.561 0.388083105 -0.411075264120 1.855 0.272834183 -0.564101219150 2.08 0.184633477 -0.733689551180 2.551 0


GRÁFICA N° 1: Tiempo (min) vs. qθ/q0

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

f(x) = 1.78527354144758E-05 x² − 0.00767812809169138 x + 0.875725672472047R² = 0.888146187090506

Gràfica de tiempo vs. Fracciòn de aceite retenido (qθ/q0 )

Tiempo (min)

Frac

ciòn

de a

ceite

qθ/q

0 )

GRÁFICA N° 2: Tiempo (min) vs. logqθ

q f


0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2000

2

4

6

8

10

12

f(x) = NaN x + NaNR² = 0 Gràfica de Tiempo vs. log(qθ/q0 )

Tiempo (min)

log(

qθ/q

0 )


4.2DISCUSIONES:

1. Según Fernaroli’s (1975) menciona: La lixiviación, o extracción sólido-liquido, es un proceso en el que un disolvente líquido se pone en contacto con un sólido pulverizado para que se produzca la disolución de uno de los componentes del sólido, es decir es un proceso por el cual se extrae uno o varios solutos de un sólido, mediante la utilización de un disolvente líquido. Ambas fases entran en contacto íntimo y el soluto o los solutos pueden difundirse desde el sólido a la fase líquida, lo que produce una separación de los componentes originales del sólido. En el practica de extracción de aceite de sacha anchi por solvente observamos lo mencionado por el autor, donde el solvente (hexano) extraía el aceite que se encontraba en la semilla de sacha inchi, después el aceite extraído observamos en el hexano.

2. Según:(Coats HB, Karnosfky G. (1950). Menciona que existen factores que intervienen en la velocidad de extracción de aceite(tamaño de partículas, área superficial de contacto, temperatura),asimismo observamos que la temperatura y el incremento del tiempo afectó el coeficiente de difusión.

3. Según Bailey, (1961) nos menciona: que el alto contenido en aceite determinado en las semilla de Sacha Inchi es aproximadamente 54.90% en base seca, clasificándola como semilla oleaginosa de alto contenido en aceite ,en nuestra práctica obtuvimos 51.02% lo cual está en el rango.



4. Según Bernandini (1986) menciona que la mayor parte de aceite se extrae entre los primeros 30 min de la extracción, para poder dejar la harina con un aceite residual menor al 1% se requiere tiempos más largo. En la práctica comprobamos lo mencionado por el autor debido a que en que los 30 min obtuvimos un porcentaje de aceite igual al 51, 7% que representa más de la mitad de aceite que se encuentra en el sacha inchi.

5. Báez H. y Pérez C,(2000) menciona que el mecanismo que actúa para la extracción de aceite presente en la matriz celular de la semilla es la difusión molecular. Esta difusión permite el transporte de aceite de un lugar de mayor concentración (la semilla) a uno de menor concentración (la mezcla de aceite-hexano). Por tanto, la cantidad de aceite que contienen las semillas al inicio del proceso de extracción posee el gradiente de concentración más elevado, que va disminuyendo a medida que transcurre el proceso de extracción, haciendo que se vaya enriqueciendo la mezcla hexano en aceite y disminuya la cantidad de aceite presente en la matriz celular de las semillas. En la práctica observamos este mecanismo de difusión molecular, puesto que a medida que se extrae el aceite de la semillas, disminuye el contenido de aceite de la semilla.

V. CONCLUSIONES

1. Aplicamos el proceso de lixiviación (solido- liquido) en la extracción de aceite de sacha Inchi por el método soxhlet.

2. Determinamos el coeficiente de difusión obtenida con la ecuación de Crank en la extracción de aceite de sacha inchi por soxhlet es 5,777 ×10−9 m2/ s.

3. Se obtuvo experimentalmente un 51.02% de grasa de la semilla del sacha Inchi.

VI. RECOMENDACIONES

Las partículas de la muestra no deben ser muy finas ni muy grandes porque las muy finas puede atravesar el papel final y confundir el peso real del aceite obtenido, en las partículas grandes la difusión del aceite disminuirá porque tendrá menor superficie en contacto con el solventeEl solvente y las partículas de la muestra deben tener las mismas condiciones para las repeticiones que se realizar.Se debe controlar el tiempo después de la primera sifonada y esperar 3 horas para la recuperación del solvente.



El balón debe ser llevado a la estufa antes pesar el balón vacío para que no varié el peso del aceite obtenido (peso de aceite= peso del balón con aceite - peso del balón vacío)Las dimensiones de la muestra deben ser casi igual para que la difusión de aceite sea la óptima.Para que exista mayor facilidad de extracción de aceite se debe calentar la semilla y de una humidificación.No hay que olvidar que en los procesos de extracción no deben producirse alteraciones fisicoquímicas u organolépticas en los aceites, una elevación en la temperatura mayor a 100°C es siempre un valor negativo que se refleja en la calidad.La cantidad de solventes tiene una gran influencia en la extracción, la relación semilla- solvenve debe ser 1:18, un valor mayor no es recomendable.

BIBLIOGRAFÍA

1. Boucher DF, Brier JC, Osburn JO. (1942). Extraction of Oil from Porous Solid. Transactions of the American Institute of Chemical Engineers, 38: 967-993.

2. CIDRAP (1993),”Origen del Sacha Inchi”,Editorial Salesiana. Lima, Perú3. Fan,H.P.,Morris,J.C.(1948).Diffusion phenomena in solvent extraction of peanut

oil-effect of cellular structure.Ind.Eng.Chem. 4. Mehlembacher (1979) .Tecnología De Extracción De Aceite De Sacha Inchi.

Cadena Productive Del Sacha Inchi. Prom Amazonia.5. OCHOA MARTINEZ ALIAGA. MODELOS MATEMÁTICOS DE

TRANSFERENCIA DE MASAEN DESHIDRATACIÓN OSMÓTICA.6. Treybal,R.E. (1990). Operaciones de transferencia de masa.Mc Graw Hill Co.,

Nuva York.7. http://www.tandfonline.com/doi/pdf/10.1080/11358120509487660 8. www.iiap.org.pe/promamazonia/SBiocomercio/Upload/Lineas/.../541. pdf 9. http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lpro/lopez_a_e/capitulo1.pdf


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10. http://procesosbio.wikispaces.com/Extracci%C3%B3n+s%C3%B3lido-l %C3%ADquido

11. http://www.imiq.org/wp-content/uploads/2012/02/16103.pdf


http://procesosbio.wikispaces.com/Extracci%C3%B3n+s%C3%B3lido-l%C3%ADquido

http://procesosbio.wikispaces.com/Extracci%C3%B3n+s%C3%B3lido-l%C3%ADquido


ANEXOS

CALCULOS:

I. Hallando la difusividad a partir Ecuación De Crank:


logqθ

q f=−0.0911−4.286∗D

(2 L)2 ∗θ


Cuando la ecuación es:

R² = 0.9249

Dónde:

b=0.00422L= 2,428 mm (espesor de la muestra de semilla)

Reemplazamos en la ecuación de Crank modificada

4 . 286∗D(2 L )2

=0.0042

Despejamos D


logqθ

q f=−0.0911−4.286∗D

(2 L)2 ∗θ

y=−0.0811−0.0042 X

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2000

2

4

6

8

10

12

f(x) = NaN x + NaNR² = 0 Gràfica de Tiempo vs. log(qθ/q0 )

Tiempo (min)

log(

qθ/q

0 )


D=0.0019∗(2,428 ×10−3 )2/4.286

HALLANDO EL % DE GRASA EN LA SEMILLA DE SACHA INCHI

% de grasa=P eso delbalon con aceite−pesodel balonvaciogramos de muestra

×100

% de grasa=111.232−10 8.6815

× 100

% de grasa=51.02%

FOTOS DEL TRABAJO DE INVESTIGACION


D=5,777 × 10−9 m2/s



Fig. 01: Pesado de la muestra (Sacha Inchi)

Fig. 02: Muestras para diferentes tiempos

Fig. 03: Balón vacio Fig. 04: Pesado del balón vacio



Fig. 05: Equipo Soxhlet Fig.06: Inicio de las extracción por corridas

Fig. 07: Pesado del balón con el aceite extraído.

Fig. 08: obtención final de grasa de la semilla de sacha Inchi.

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