Transformacion_aceites_vegetales

© Javier Señoráns, UAM

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Tema 7. Transformación de aceites vegetales

Winterización. Descerado.

Fraccionamiento de grasas.

Hidrogenación.

Transesterificación.

Principales aplicaciones.

• Transformación de aceites:

La transformación o modificación de distintos tipos de aceites surgió principalmente con el fin de aprovechar aceites no utilizables para los usos convencionales, como los aceites de pescado y el aceite de algodón.

Posteriormente se desarrolló una industria que modifica los aceites para adecuarlos a usos muy diversos.

El propósito de estos procesos es, principalmente:

� modificar los puntos de fusión de grasa y aceites para mejorar sus propiedades funcionales en aplicaciones específicas� mejorar la estabilidad de los aceites y grasas transformadas.

Las principales reacciones de modificación que se realizan son:

�Fraccionamiento de grasas.

�Hidrogenación.

�Transesterificación.


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• Transformación de aceites:

• Winterización

La winterización se emplea para obtener un aceite de mayor nitidez, que no presente turbios (debido a la suspensión de un precipitado fino) durante el almacenamiento.

Consiste en separar del aceite las sustancias con punto de fusión elevado (estearinas, glicéridos muy saturados, ceras y esteroles) que provocarían turbidez y precipitaciones en el aceite al encontrarse este a baja temperatura.

Generalmente se realiza por enfriamiento rápido del aceite con agua fría o equipos frigoríficos, con lo que se consigue la cristalización de los compuestos que queremos eliminar.

Estos sólidos (las “estearinas”) se separan de las “oleínas” por filtración o centrifugación.

Típicamente, se somete al aceite a un enfriamiento rápido hasta 5ºC y se mantiene durante 24 horas.


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� Fraccionamiento de grasas

Esta tecnología, en uso industrial desde hace más de un siglo, consiste en la separación mecánica de los componentes líquidos (oleína) que forman una grasa o aceite, de los componentes sólidos (estearina) cristalizados.

La separación de la fracción líquida de la sólida depende de la temperatura a que se realiza la cristalización, y el número de fracciones obtenidas dependerá del número de etapas de fraccionamiento.

Este proceso se utiliza principalmente para mejorar las propiedades “líquidas” de la fracción principal o para producir una fracción sólida más “pura”.

Cristalizadores de 16 toneladas (Tirtiaux)


La complejidad de aceites y grasas implica que las fracciones obtenidas serán a su vez una mezcla de varios triglicéridos, pero enriquecidas en componentes de alto o bajo punto de fusión de la mezcla original.

La solidificación de grasas es un proceso bastante complicado, que conlleva la formación de cristales mixtos, lo que hace difícil predecir cual será el comportamiento en términos de fusión de las fracciones obtenidas.

El objetivo es el mismo que en el caso de la winterización pero se trata de un proceso continuo de alta eficacia.

En el caso del fraccionamiento hay que tener presente que el valor de la fracción o fracciones secundarias puede tener un importante papel en rentabilidad final de la producción, a diferencia de la hidrogenación e interesterificación, que no producen productos secundarios a comercializar.


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Tipos de fraccionamiento:

A. Sedimentación por gravedad y por refrigeración indirecta. Se empleaba antes de la aparición del fraccionamiento industrial; la separación de las distintas fracciones mediante la sedimentación por gravedad de los sólidos, conllevaba una gran pérdida de aceite. La refrigeración indirecta del aceite seguido de filtración o centrifugación es análoga a la winterización.

B. Adición de agentes de superficie activa y centrifugación. Se comenzaron a usar a nivel industrial a mediados del siglo XX agentes de superficie activa para ayudar en la separación de la grasa cristalizada de la fracción líquida, así como las centrífugas de disco, de alta eficacia.

C. Fraccionamiento en “seco” : la grasa /aceite se funde completamente, tras lo que es enfriada, formándose cristales de los triglicéridos de mayor punto de fusión, que se separan por filtración. En este caso queda bastante oleína presente en la torta de filtrado, por lo que se considera un proceso poco selectivo.


Tipos de fraccionamiento:

D. Fraccionamiento con disolventes: Apareció alrededor de 1950 para la producción de una grasa a partir de aceite de palma,

con propiedades de fusión similares a la manteca de cacao y que a su vez fuera compatible con ella. La grasa /aceite a fraccionar se disuelve con un disolvente como acetona o hexano, tras lo que se enfría la solución. Así se inicia la formación de cristales de los triglicéridos con mayor punto de fusión, que se separan por filtración, mientras que las fracciones se recuperan por evaporación del disolvente. El contenido de oleína de la torta de filtrado es mínimo y está diluido en el disolvente.

El fraccionamiento con disolventes se caracteriza por:•Ser un proceso muy eficaz en cuanto al rendimiento de separación, produciéndose una fracción sólida de alta calidad.•Requiere una elevada inversión.•Elevado gasto de energía.•Presenta problemas de seguridad debido a la inflamabilidad de los disolventes utilizados.

Todo esto hace que el fraccionamiento con disolventes se utilice únicamente para la obtención de fracciones con alto valor añadido.


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Desarrollos importantes de la tecnología de fraccionamiento

La cristalización fraccionada surge a raíz del aumento de producción de aceite de palma en Malasia e Indonesia alrededor de 1970. La oleína de palma, separada mediante fraccionamiento, se comercializa mucho mejor en el mundo industrializado que el aceite al completo.

Desarrollo de las tecnologías de membranas para utilizar en la filtración a presióntuvo un gran efecto en las tecnologías de fraccionamiento, ya que el resto de tecnologías quedaban desbancadas a su lado. Este tipo de tecnología permite obtener fracciones de alta pureza, en condiciones de operación suaves y con costes relativamente bajos, estableciéndose como alternativa al fraccionamiento con disolventes y sus desventajas, y casi haciéndolo desaparecer


Con las prensas de filtros de membrana, la producción de oleína al fraccionar el aceite de palma podía aumentarse hasta cerca del 80% en tan sólo dos etapas.

Diagrama de un filtro de membrana para fraccionamiento de aceites. (Fuente: www.tirtiaux.com)


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El fraccionamiento suele ser utilizado como un proceso en sí mismo, durante el refinado de aceite o como

parte de procesos de modificación de grasas y aceites, combinado con hidrogenación (hidrogenación

seguida de fraccionamiento, hidrogenación de una de las fracciones obtenidas...) o con interesterificación

(utilizar una fracción para interesterificar una mezcla...).

Planta piloto de fraccionamiento (50 kg/día)

Sala de control de planta defraccionamiento

(Tirtiaux)


Filtros de membrana con cristalizador al fondo, y detalle de los filtros después de su uso enfraccionamiento.

(Fuente: www.tirtiaux.com)

Sala de control de planta defraccionamiento

(Tirtiaux)


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Planta de fraccionamiento en seco (www.kania-cemerlang.com)


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� Hidrogenación

La hidrogenación consiste en la adicción de hidrógeno en los dobles enlaces de los ácidos

grasos insaturados de los triglicéridos que componen un determinado aceite, en presencia de

un catalizador. La reacción es catalizada por un catalizador de níquel depositado sobre un

soporte silíceo.

“Large amounts, 20 million ton, of vegetable oils are hydrogenated each year, mostly for theproduction of margarine and shortenings. “

� Hidrogenación

Efectos:

Al hidrogenar un aceite, aumenta su grado de saturación y, consecuentemente, su punto de fusión, obteniendo una grasa sólida.

También se consigue una mayor resistencia a la oxidación de la grasa o aceite, ya que a mayor número de insaturaciones, mayor oxidabilidad.

Se pretende aumentar el punto de fusión para obtener grasas hidrogenadas con la consistencia adecuada para la elaboración de margarinas y otros productos.

Para algunas aplicaciones de la industria alimentaria y otros usos comerciales son convenientes o necesarias las grasas plásticas, sólidas o semisólidas. Mediante la hidrogenación los aceites líquidos pueden ser transformados y endurecidos para conseguir este tipo de grasas.

Se suelen usar aceites de soja, girasol, algodón, maíz, oliva, coco y palma, y a aceites de pescado y grasas animales.

La hidrogenación puede ser total parcial. Las características reológicas de las grasas hidrogenadas dependen de las proporciones de glicéridos mono, di y tri-insaturados.


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� Hidrogenación

Procedimiento de hidrogenación:

1. Agitación vigorosa o dispersión de hidrógeno en el aceite en presencia de una limitada cantidad de catalizador (por ejemplo, 0.05-0.10 % de níquel finamente divido y suspendido sobre una tierra de diatomeas) en un reactor de acero que soporte determinadas presiones.

Se suele realizar de 100 a 200 ºC y desde a presión atmosférica hasta 40 kg/cm2.

Estas condiciones se suelen controlar para conseguir una hidrogenación más selectiva. Los ácidos grasos más insaturados se hidrogenan más fácilmente y por lo tanto reaccionan antes con el hidrógeno en condiciones adecuadas. Los catalizadores que contienen cobre son especialmente selectivos para la hidrogenación de aceites vegetales. La selectividad es importante en el caso de que queramos una hidrogenación parcial para obtener grasas semisólidas o líquidas con ácidos grasos mono-insaturados, pero no tanto si queremos una hidrogenación total para obtener grasas de alto punto de fusión.

2. Filtración del aceite caliente para eliminar el catalizador metálico, que se suele reutilizar.

� Hidrogenación

Los reactores de hidrogenación son autoclaves cilíndricos con control de temperatura y posibilidad de agitación.

La hidrogenación tiene las siguientes consecuencias sobre el aceite:

�Modificación la consistencia.�Estabilización del aceite.�Modificación del color.�Modificación del valor nutritivo:

�varía el contenido en ácidos grasos esenciales �formación de ácidos grasos trans por isomerización

La isomerización también influye en el efecto de endurecimiento de la grasa debido a que los isómeros trans tienen mayor punto de fusión que los cis, y también aportan mayor protección frente a la oxidación.

Se puede producir también simultáneamente a la isomerización una migración del doble enlace a lo largo de la cadena, para dar ácidos grasos de mayor punto de fusión.


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� Hidrogenación

� Interesterificación y Transesterificación

La interesterificación es un proceso por el que se intercambia la distribución inicial de los ácidos grasos unidos al glicerol de los triglicéridos.

Ésteres de Ácidos grasos reaccionan con:

�Acidos grasos libres (acidolisis),�Alcoholes (alcoholisis), �Con otros ésteres de ácidos grasos (transesterificación).

De esta forma se obtienen grasas /aceites con unas características de plasticidad y cristalización diferentes a las de la grasa inicial, pero sin variar el grado de saturación ni el estado isomérico de los ácidos grasos que intervienen. Este proceso no protege frente a la oxidación.

El proceso se suele realizar en reactores en caliente, donde el aceite se agita y se mezcla con el catalizador, generalmente metales alcalinos.


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� Interesterificación y Transesterificación

La transesterificación puede ser:

Al azar, mediante catálisis química: se combinan distintas moléculas para obtener una mezcla de grasas, con mayor plasticidad debido a su heterogeneidad. Se suele utilizar un catalizador fuertemente básico, como el metóxido sódico (metilato de sodio).

Dirigida: en este proceso se van retirando, mediante cristalización, los triglicéridos de mayor punto de fusión de una mezcla al azar. Esto provoca el desplazamiento del equilibrio de distribución, lo que genera una mayor formación de estos triglicéridos de alto punto de fusión.

Permite obtener grasas más homogéneas a partir de una heterogénea, con lo que disminuye el rango plástico. Al existir cristalización las temperaturas de transesterificación son menores que en el caso anterior, por lo que se suelen utilizar metales alcalinos como catalizadores, que son activos a esas temperaturas.

Catalizada enzimáticamente: Transesterificación mediante Tratamiento Enzimático

� Interesterificación y Transesterificación Catalizada enzimáticamente

Transesterificación mediante Tratamiento Enzimático

Se suelen utilizar lipasas específicas, que seleccionan ácidos grasos de alguna posición del triglicérido para sustituirlos por otros, sin variar los de las otras posiciones.

La transesterificación catalizada por lipasas permite modificar la estructura de los lípidos de forma selectiva y en condiciones suaves y controladas.

Estas lipasas se pueden utilizar en su forma libre o inmovilizadas, y pueden ser estereoespecíficas.

Se suele aplicar a productos de alto valor.


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APLICACIONES: Grasas Vegetales: Alternativas a la manteca de cacao

Debido a su elevado precio, se han desarrollado alternativas más baratas:

Equivalentes, sustitutos, mejorados, etc. (Cocoa butter substitutes).

Pueden tener composición química similar o no, pero deben tener un comportamiento y punto de fusión similar. Su empleo en chocolates está limitado legalmente (5%).

CB Equivalentes: misma composición química general (y mismas propiedades físicas).

CB Replacers: proceden de aceites de soja, algodón o palma, parcialmente hidrogenados y fraccionados. Podían contener hasta 60% de ácidos trans.

CB sustitutos (CBS): basados en grasas de laurico, con similar comportamiento físico pero diferente composición. Para recubrimientos de chocolate.


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Grasas industriales alimentarias: de horneado, panadería, repostería...

"Shortening" o manteca vegetal: Es un tipo de grasa (con 100% de grasa). utilizado en el horneado o productos fritos. El nombre proviene de su habilidad por hacer más tierno o “acortar” el tiempo de ingesta de los productos de panadería (pastas crujientes, copos)

Margarinas industriales pueden tener 80% de grasa perocon composición diferente a la de untar. No tienen el aroma de la mantequilla pero son excelente vehículo para emulgentes.

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