Desgomado, Refinación, Lavado Y Secado De Aceites Y Grasas.pdf

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Técnica

Desgomado, refinación, lavado y secado de aceites y grasas.*

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Albert J. Dijkstra F

N.V. VANDENMOORTELE Coordination Center, GROUP R & D Center, B-8870 Izegem, Bélgica Los procesos de refinación de aceites comestibles tienen una o más etapas en común durante las cuales se eliminan los fosfátidos del aceite. Estas etapas pueden consistir en tratamientos separados tales como: el desgomado acuoso, mediante el tratamiento del aceite crudo con agua o vapor; el desgomado ácido, usando un ácido para tal efecto en lugar de agua; y la refinación ácida, en la cual el aceite crudo o desgomado con agua se somete a un tratamiento de desgomado ácido que es posteriormente neutralizado. Estos procesos también se pueden combinar con otros pasos de refinación, tales como: desgomado seco enel que el desgomado se combina con el blanqueo; y la refinación alcalina en la que se combinan el desgomado con la neutralización química del aceite. Haremos una reseña de estos procesos, centrando la atención, en especial, en los principios químicos. Además, se presenta un proceso nuevo de desgomado enzimático que ha llegado a la etapa de planta piloto. Se analizarán los subproductos originados por estos procesos y su impacto ambiental, como resultado de los cuales surgen algunas tendencias en la refinación de aceites comestibles, siendo la principal el cambio por la Refinación Física. Finalmente, se tratará un proceso de refinación alcalina recientemente desarrollado porque éste permite que los industriales cambien gradualmente de la refinación alcalina por la Refinación Física. En la refinación de los aceites comestibles se eliminan las impurezas indeseables que afectan el sabor, el aroma, la apariencia y la capacidad de almacenaje, con la finalidad de obtener un aceite totalmente refinado. Dada la gran variedad de estas impurezas., - ácidos grasos libres, iones metálicos, pigmentos, olores, sólidos en suspención, ceras, etc., los aceites comestibles .deben refinarse por medio de una serie de procesos que incluyen la química, físico química e incluso la biotecnología. Este trabajo se concentra en el rol que juegan el desgomado en la refinación de aceites comestibles, la química y tecnología que participan en este paso de refinación. Haremos hincapié

* Presentada en la Conferencia Mundial sobre Procesamiento de Aceites y Grasas-de la AOCS. - Budapest - Hungría 1992

All edible oil refining processes commonly have one or more atages during which phosphatides are removed from the oil. These stages can be separata treatments such as: water degumming by treating crude oil with hot water or steam; acid degumming by using a degumming acid instead of water; and acid refining, whereby crudo or water- • degummed oil is treated with a degumming acid that is subsequently partially neutralized. They can siso be combined with other refining steps such as: dry degumming where degumming is combined with bleaching; and alkali refining where degumming is combined with the chemical neutralization of the oil. These degumming processes will be reviewed and special attention will be given to the chemical principies underlying these degumming and refining processes. In addition, a novel enzymatic-degumming procesa that has reached pilot plant stage will be discussed. Byproducts resulting from these processes and their environmental impact will be reviewed, a result of which is that certain trends in edible oil refining will emerge, the main trend being a shift towards steam refining. Finally, a recently developed alkali- refining procesa will be discussed because this procesa allows refiners to change gradually from alkali refining to steam refining.

enlos últimos adelantos logrados en el desgomado, especialmente aquellos que tienden a incluir la refinación física; también contaremos con la experiencia industrial obteni4a durante la refinación física de los aceites de colza, girasol y soja. Además, estudiaremos especialmente el proceso de desgomado enzimático y se hará la presentación de los resultados obtenidos en plantas piloto. Habrá que tratar, asimismo, el impacto de los distintos procesos de refinación sobre el medio ambiente, explicando las razones porlas cuales existe una preferencia por la refinación física. Sin embargo, muchos industriales dudan en elegir este proceso debido a la falta de certezasobre la calidad del aceite refinado. En consecuencia, la industria de la refinación de aceites comestibles contempla la necesidad de un proceso que

permita el cambio gradual por la refinación física al tiempo que evita en lo posible, los riesgos que este cambio implica. La presente ponencia describirá dicho proceso. Procesos de refinación de aceites comestibles

Las primeras refinerías de aceites se limitaban al proceso de refinación discontinua que utililaba una variedad de re activos a saber: cáustico fuerte, cáustico débil, carbonato alcalino, inclusive cal o magnesio (1). La refinación en lotes cuenta con la ventaja de requerir equipos bastante simples y de ser capaz de procesar una gran variedad de aceites y grasas vegetales o animales, pero con la seria desventaja de producir grandes pérdidas de aceite neutro y de esa manera, lograr bajos rindes de aceite refinado.

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Desgomado acuoso Refinación alcalina Desgomado ácido Desgomado seco Refinación ácida Desgomado enzimático Blanqueo Desodorización Refinación física Gomas hidratables Gomas ácidas Gomas neutras tyso-gomas" Tierra de blanqueo agotada Acidos grasos (borra de neutralización) Acidos grasos (destilados) Destilado de desodonzación Efluentes DBO Fosfato en efluentes

Con el tiempo, las circunstancias hicieron posible contar con separadores centrífugos que permitieron procesos de refinación alcalina continuos:

el Long-Mix fue el más importante en Estados Unidos y América del Sur, y el proceso Short-Mix más común en Europa (2). En el proceso Long-Mix, se mezcla un exceso relativamente grande de soda cáustica con el aceite a temperaturas relativamente bajas (20401 C), se incluye un tiempo de retención con agitación suave de 3-6 minutos, después del cual la combinación aceite/jabón se descompone calentándola a 60-801C. Luego la m ezcl a ingresa a un separador centrífugo, y la corriente de aceite que sale de éste es calentada, lavada con agua y secada en un secador al vacío. Por otro lado, el proceso Short-Mix, comienza calentando el aceite a 851052 C, inyectando y mezclando ácido fosfórico en el aceite, neutralizando este ácido y los ácidos grasos libres con un pequeño exceso de álcali, después de lo cual la mezcla se incorpora casi inmediatamente a'un separador centrífugo, se lava con agua y se seca. En ambos procesos, el aceite neutro se blanquea posteriormente para removerlos pigmentos (3)y se lo desodoriza para eliminar compuestos volátiles, responsables del sabor desagradable (4).

La refinación alcalina continua, acarrea asimismo, una pérdida considerable de aceite, especialmente en el caso de aceites con alta acidez, tales como el aceite de palma (5). En conse-

cuencia de ello, se introdujo la refinación física para aplicar en el aceité de palma, sebo y aceites similares con bajo nivel de fosfátidos. Sin embargo, se descubrió que los aceites con alto contenido de fosfátidos, es decir como la mayoría de los oleaginosos, requieren un tratamiento previo para eliminar compuestos que no han sido eliminados por la refinación física y que interfieren por sí mismos en los procesos de refinación física, afectando el sabor o la capacidad de almacenaje del aceite refinado. Por este motivo, se han desarrollado varios pre-tratamientos bajo la forma de procesos de desgomado que conducen a los distintos recorridos de refinación resumidos en la figura 1. El Cuadro 1 brinda detalles de los procesos y subproductos en forma tabulada. Las letras mayúsculas que indican los recorridos de refinación en el Cuadro están incluidos en la figura 1. En la figura 1, el proceso de refinación alcalina, tal como se tratara antes (A) está ubicado en el centro. El aceite crudo, ya sea desgomado con agua o no, se trata con álcalis, se

Aceite crudo Desgomado acuoso

Desgomado ácido

Refinación ácida

c

E

F

G Desgomado enzimático

Refinación alcalina

Blanqueo

Desgomado seco

Blanqueo

Desodorización

Aceite refinado

Refinación física Figura 1. Recorridos de refinación que muestran las etapas donde se ubican los distintos procesos de desgomado

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A&G Técnica blanquea y desodoriza para producir un aceite refinado. Los procesos más antiguos que permitían la refinación física se han presentado en forma esquemática sobre la izquierda de la figura 1. Ellos incluyen, por ejemplo, el desgomado seco del aceite crudo seguido por la refinación física (D), tal cual se ha aplicado en el caso del aceite de palma, y el desgomado ácido del aceite crudo, esté desgomado con agua o no, seguido por el desgomado seco y la refinación física (C), tal como se practica, por ejemplo, en Canadá con el aceite de colza. Las últimas innovaciones están representadas sobre la derecha de la figural. Estas incluyen la refinación ácida del aceite, por medio de la cual el aceite crudo, desgomado con agua o no, es tratado con un ácido que posteriormente se neutraliza en forma parcial con soda cáustica. Dicho aceite de refinación ácida puede ser luego blanqueado y refinado físicamente (F) pero este aceite también puede pasar por una refinación alcalina (E) así como el aceite desgomado con ácido también puede someterse a una refinación alcalina (B). Un método reciente es el desgomado enzimático (G) en el que el aceite crudo, preferentemente sometido a desgomado acuoso, es luego tratado con una enzima que garantiza la remoción casi completa de los fosfátidos del aceite (6). Los ensayos delaboratorio que usan aceite desgomado enzimáticamente en las pruebas piloto indican que este aceite, al igual que el aceite de refinación ácida, puede blanquearse y refinarse físicamente para producir un aceite estable. Métodos analíticos El conocimiento actual sobre los constituyentes del aceite crudo se limita a los elementos principales tales como triglicéridos, fosfátidos, elementos menores para los que se han desarrollado métodos analíticos, tales como esteroles, pigmentos y ciertas clases de impurezas como hexano residual, solventes dorados e hidrocarburos poliaromáticos. Además de estas clases de elementos presentes en el aceite crudo, existen elementos como gli-

colípidos y productos de oxidación o degradación sobre los que se tiene menor i nformació,n. Se mencionan con frecuencia, pero no se han estudiado tan en detalle. Esto es así en especial en el caso de los productos de degradación presentes en el aceite, hecho que explica por qué se culpa en forma permanente, a estos productos desconocidos por anormalidades en los procesos y problemas en la calidad. Este trabajo se concentrará en la eliminación de fosfátidos e iones metálicos durante el desgomado. Por lo tanto, los métodos analíticos usados en este contexto se tratarán brevemente. El contenido de fósforo de un aceite se determina comúnmente mediante la extracción de cenizas de una muestra de aceite y midiendo el fósforo espectrofotométricamente como un complejo de molibdato a 650 nm (7) o a 820 nm (8). En 1982 se conoció un método (9) más rápido, más sensible y preciso que utilizaba la espectroscopia por emisión de plasma (PES) también menos sujeto a valores caprichosos. Se prefiere este método para mediciones de rutina, sobre todo debido a que los instrumentos PES de reciente creación, como el plasma ARL3410 unido inductivamente (Icp), poseen muy buena estabilidad, usan poco argón (minisoplete oxiacetilénico) y son fáciles de operar por el personal de planta. Además, el PES permite la determinación simultánea de otros oligoelementos tales como el hierro y el cobre, facilitando de esta manera el control de calidad del aceite. Sin embargo, tanto el método de reducción de cenizas como el método PES comparten la desventaja de sólo determinar la concentración total de un elemento y no distinguir entre fosfatos inorgánicos y fosfátidos orgánicos. Existen numerosos métodos (10) para determinar la composición de los fosfátidos en mezclas de fosfátidos aislados, clara indicación de que ninguno de aquellos es el ideal. La cromatografíabidimensional de capas delgadas (TLC) se desarrolló como método separador de fosfátidos individuales (11). Por lo tanto, se los puede cuantificar eliminando los puntos individuales de las placas TLC

después de revelarlos con el reactivo de Vaskovsky, y midiendo su contenido de fósforo espectrofotométricamente después de la destrucción de la materia orgánica. Este método es arduo pero brinda resultados absolutos. Un método más rápido para determinar la composición de los fosfátidos es el TLC unidimensional realizado sobre placas de alta resolución (HPTLC) seguida de revelado y cuantificación por densitometrfa (12). Este método no es absoluto y exige pautas externas de composición conocida y un volumen variable de muestras. También se conoce el método TLC unidimensional que emplea la detección por ionización a la llama (13). Un tercer método utiliza la cromatografía líquida de alta resolución (HPLC), ya sea i so crítica o por elución gradiente (14). Se puede usar un detector UV, pero este método de detección es muy sensible aloe productos de oxidación y ala composición de ácidos grasos de los fosfátidos. El detector fotodispersor (15) no sufre las desventajas atribuibles al detector UV, pero su respuesta no es lineal. Tiene, pues, campos limitados, por ejemplo, en el control de calidad de la lecitina. Ambos detectores requieren una calibración uniforme usando una mezcla de fosfátidos cuya composición sea "conocida", que debe ser del mismo origen biológico en el caso de la detección UV. Finalmente, también se incluye en la literatura conocida la espectroscopia nuclear por resonancia magnética (RMN) (16,17). Tiene la ventaja de ser absoluta y se puede aplicar una norma interna (18), pero requiere una extensa preparación de muestras por medio de reactivos muy costosos y el equipo requerido tampoco es económico; por lo tanto, el método RMN no se usa en mediciones de rutina, pero en el futuro podría utilizarse para muestras de referencia. Dada esta colección de métodos analíticos y sus desventajas, no es de sorprender que los datos existentes en la literatura sobre •las composiciones de los fosfátidos varíen mucho. Algunos autores consideran a la fosfatidil serina como un componente importante ( 13,14) mientras que otros (12) no la mencionan en ningún momento. La necesidad de desarrollar

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A&G Técnica nuevos métodos analíticos y contar con una coincidencia respecto a las normas (19) es por lo,tanto, perfectamente comprensible.

también se encuentra en cantidades apreciables. La inspección de los datos individuales de la fosfatidil colina (PC) y el fosfatidil inositol (PI) muestra que Química del desgomado estos han fluctuado mucho y en algunas circunstancias inclusive llegaron En un nivel más técnico, los fosfáti- a cero. dos comúnmente se clasifican como Teniendo en cuenta que los lotes (20) "hidratables" o "no hidratables." individuales de aceites, especialmenLa diferencia estriba en que la prime- te de girasol y de colza, en los cuales se ra categoría se elimina por medio de aislaran las gomas TOP, no siempre un proceso de desgomado acuoso mien- se desgomaron completamente con tras que la segunda no. ¿ Cuál es la agua, el autor ha llegado a la concludiferencia química básica de este com- sión de que el PC y PI siempre son portamiento diferente durante el des- totalmente hidratables, mientras que gomado acuoso? Pararesponder a esta PE y PA pueden ser tanto hidratables pregunta se estudió la composición de como no hidratables. Esta conclusión los fosfátidos no hidratables, y el desa- lleva a preguntarse por qué la PE y el rrollo industrial del Proceso de Desgo- PA se pueden remover sólo parcialmado Total, TOP, originado en la pa- mente durante el desgomado acuoso y labra holandesa Totaal Ontslijmings- cómo se puede explicar esta diferencia proces, proporcionó cantidad de datos de comportamiento, en términos quípara este estudio (21). micos. En el Cuadro 2, se ilustran las Con tal objeto, se ha estudiado el composiciones promedio de fosfátidos comportamiento de los iones metálino hidratables del aceite de soja, gira- cos mediante el análisis del aceite de sol y colza tal como se los aísla de soja antes y después del desgomado dichos aceites por medio del TOP. Los acuoso en búsqueda de varios elemenlisofosfátidos, si están detectados, fue- tos por PES (Espectroscoscopia por ron incluidos con sus compuestos pro- emisión de plasma) (9). genitores. El cuadro muestra con claLos datos analíticos se ilustran en ridad que el ácido fosfatídico (PA) las dos primeras columnas del Cuadro es el principal elemento de los fosfáti- 3. Se ha llegado a la tercera columna dos no hidratables, y que la fosfatidil por sustracción; por lo tanto, el conte-

Fosfátido Fosfatidil colina (PC) Fosfatidil etanolamina (PE) Fosfatidil inositol (PI) Acido fosfatádico (PA)

etanolamina (PE)

Aceite de soja

Aceite de girasol

Aceite de colza

4 15 1 80

13 13 5 69

10 15 1 74

metálicos también se expresa sobre la base del aceite. Los datos que aparecen a la derecha del Cuadro han sido convertidos a base atómica, para la cual el contenido de fósforo del aceite crudo se fijó arbitrariamente en 1000. De esta manera, por cada 1000 átomos de fósforo presentes en el aceite crudo, 247 átomos permanecen en el aceite después del desgomado, y 753 átomos quedan en las gomas. En el caso del potasio, el cuadro sostiene que por 1000 átomos de fósforo presentes en el aceite crudo, hay 370 átomos de potasio, de los cuales sólo 28 permanecen en el aceite desgomado, mientras que se eliminan 342. Por otro lado, el calcio difícilmente se pueda eliminar durante el desgomado, y el magnesio se separa en partes casi iguales entre el aceite desgomado con agua y las gomas. El número total de iones bivalentes presentes en los fosfátidos no hidratables se acerca bastante al número total de átomos de fósforo. En el caso del aceite de girasol, aliteratura existente también conserva esta igualdad (22). En consecuencia, las observaciones antes mencionadas son coherentes con la hipótesis de que el PA y la PE son hidratables cuando se combinan formando complejos con un ion monovalente como el potasio, pero son no hidratables cuando se combinan formando complejos con un ion divalente como el calcio o el magnesio (2). Asimismo, este complejo contiene un ion bivalente por grupo fosfátido. Bien podría suceder que la carga resultante quede neutralizada por un ácido graso libre, conviertiendo al complejo en "lipófilo" y por ende en "no hidratable". De esta manera, la PC existe en el aceite como un Zwitterion, que es hidratable; el PI existe en el aceite como

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Cuadro 3. Contenido de oligoelementos en el aceite de soja y gomas Elemento

Crudo (PPni)

Fósforo Potasio Calcio Magnesio Hierro

775 353 126 105 2.5

56

Desgomado acuoso (PPin) 187 27.6 106 57 1.5

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•

Gomas (PPm)

Crudo

568 326 20 48 1

\ 1000 370 129 178 2

Desgomado acuoso 247 28 109 97 1

Gomas

753 342 20 81 1

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A&G Técnica

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un complejo con potasio o magnesio y es totalmente hidratable debido a su grupo inositol hidrofilico; la PE también existe como ion anfotérico, pero en vez de formar un enlace jónico interno como la PC, se combina con iones metálicos. Si estos son monovalentes como el potasio, la PE es hidratable, pero los iones bivalentes originan la no hidratabilidad; y el PA existe como ácido parcialmente disociado combinado formando un complejo con un ion metálico, y es hidratable cuando este ion es monovalente y no hidratable cuando es bivalente. El desgomado eficiente radica entonces en convertir los complejos no hidratables de PA y la PE con iones metálicos bivalentes en especies hidratables. En el proceso Long-Mix de refinación alcalina que utiliza un exceso de álcali, el aceite que contiene fosfátidos no hidratables entra en contacto con una solución altamente alcalina. Dada las constantes de disociación del grupo de aminos protonados en la PE y el grupo de ácidos grasos libres del PA, es probable que estos compuestos estén desprotonados, como resultado de lo cual se altera su carga neta y los compuestos se tornan hidratables. La saponificación de los fosfátidos no hidratables que produce fosfátidos hidratables también puede jugar un rol en este aspecto (23). En procesos que utilizan un trata-

miento ácido, como por ejemplo, el proceso Short-Mix de refinación alcalina, el desgomado ácido y la refinación ácida, el mecanismo que convierte los complejos no hidratables en especies hidratables consiste en descomponer dichos complejos. El ácido de desgomado, al ser más fuerte que el PA y la PE, forma un complejo con calcio/magnesio, libera el PA y la PE enlazando los iones metálicos bivalentes que pueden luego eliminarse con la fase acuosa. En la práctica, se utilizan el ácido fosfórico y el ácido cítrico porque se adaptan a alimentos, son fuertes y enlazan los iones metálicos bivalentes. Debido a que no se disuelven en el aceite, hay que dispersarlos, de manera de aumentar la interfase aceite/ácido y disminuir el recorrido de difusión que los complejos fosfátidos tienen que efectuar para alcanzar esta interfase. Las sales que se forman con el ácido de desgomado no deben ser solubles en aceite porque la eliminación de metales (21,25) (hierro y cobre pro-oxidativos) es, de hecho, un aspecto más importante que la eliminación de los fosfátidos. Por esta razón, el ácido acético o su anihídrido (26) si bien son suficientemente fuertes, no son apropiados para el desgomado. En la industria, todavía es de práctica juzgar los procesos de desgomado y la calidad del aceite desgomado por

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ppm P

Figura 2. Gráfico del contenido de hierro residual comparado con el contenido de fósforo residual en el aceite de soja producido en forma industrial por TOP

los contenidos de fósforo residual. Esto es, hasta cierto punto, comprensible, porque un bajo contenido de fósforo residual trae aparejado un bajo contenido de hierro residual. Por otro lado, se ha demostrado (21) que un aceite con alto contenido de fósforo residual posee una capacidad de almacenaje normal, siempre que su contenido de hierro sea bajo, es decir, por debajo de 0,2 ppm después del desgomado. En la figura 2, se han graficado los contenidos de hierro residual comparándolos con los niveles de fósforo residual en lotes individuales de aceites de soja producidos en forma industrial TOP (27); no hay ninguna correlación, o ésta es prácticamente escasa, entre estos parámetros de aceites excepto en niveles bajos. Se procesaron varios lotes de aceite desgomado con agua para definir los parámetros de calidad del aceite. Una parte de cada lote se refinó con álcali, se blanqueó y desodorizó, y la otra parte pasó por un proceso de desgomado total, blanqueado y refinación física, usándose con ambos lotes la misma cantidad de tierra de blanqueo. En la figura 3a, los lotes han sido numerados en virtud a su contenido creciente de fósforo residual después del desgomado total. La capacidad de almacenaje de las muestras de aceites se ha comparado según el sabor, y la columna negra de la figura 3 indica que la muestra de refinación alcalina se comportó mejor que la contrapartida refinada físicamente; cuando surge alguna diferencia, queda indicada con una columna sombreada. De esta manera, la figura 3a muestra que aunque los niveles muy bajos de fósforo residual después del desgomado producen aceite de buena calidad, no hay un nivel claro de corte. Este nivel aparece en la figura 3b donde los mismos lotes de aceite han sido colocados en orden ascendente de contenido de hierro residual. Los lotes que contienen menos de 0,20 ppm de hierro después del desgomado invariablemente producen un aceite con buena capacidad de almacenaje después del blanqueo y de la refinación física al usarse niveles normales de tierra de blanqueo. Los lotes que exceden este límite son menos estables que su contrapartida. Por lo tanto, el contenido de hie-

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A&G Técnica

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10 7 6 1 4 9 5 11 23 12 2 3 8 24 21 19 22 13 18 14 17 16 20 15 25 N9 de ensayos

Figura 3. Capacidad de almacenamiento del aceite de soja de refinación física TOP en comparación con el aceite refinado químicamente, en función del contenido de fósforo residual (a) y hierro residual (b). (a) Lotes numerados por orden de contenido creciente de fósforo. (b) Los mismos lotes clasificados por orden de contenido creciente de hierro.

rro residual es un parámetro confiable de calidad (27). Desgomado acuoso

El objetivo principal del desgomado acuoso es producir un aceite que no deposite residuos durante el transporte o almacenaje y que reúna las especificaciones comerciales sobre los contenidos máximos de fósforo. En el caso del aceite de soja, la producción de lecitina de soja puede ser un objetivo, pero a nivel mundial, sólo un 25 por ciento de las gomas de soja existentes se procesan como lecitina comercial (28).

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Las gomas que se obtienen de esta manera tienen un contenido variable y en ocasiones alto, de insolubles de hexano. Por esta razón, comúnmente se mezclan con la harina antes de ingresar en la sección de secado en la planta de extracción y la materia seca se vende al valor de la harina. Si se planea la producción de lecitina, habrá que incluir un paso de filtrado antes del desgomado acuoso a fin de controlar los insolubles en hexano a un nivel uniformemente bajo. Las especificaciones comerciales del aceite de soja crudo a menudo fijan un límite superior para el fósforo' residual de 200 ppm y los contratos co-

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merciales estipulan sanciones si se excede este límite para compensar a los industriales por los aumentos en las pérdidas de refinación. No se presentan dificultades para alcanzar este límite superior de 200 ppm en aceites de soja con desgomado acuoso para un aceite procesado con el proceso ALCON (29,39), es factible lograr valores de 10-17 ppm de fósforo (P) (31). En este proceso, al paso de laminación le sigue un tratamiento con vapor directo que eleva la temperatura del laminado a 1002 C y aumenta el contenido de humedad a 15-16 %. Estas condiciones se mantienen durante 15-20 minutos, después de lo cual las láminas se secan y se enfrían a humedad y temperaturas convenientes para la extracción. El tratamiento ALCON ofrece al industrial triturados varias ventajas ya que aumenta la densidad de las láminas, la veloci dad de filtración, disminuye la retención de hexano y acorta el tiempo de residencia del tostado, pero el efecto más notable radica en las propiedades del aceite; el contenido total de fosfátidos es marcadamente alto, y el contenido de fosfátidos no hidratables disminuye, produciendo un rinde mayor de lecitina y un bajo nivel de fósforo residual al efectuarse el desgomado acuoso (31). Cuando se emplean porotos de soja de buena calidad, el aceite ALCON puede desgomarse con agua, blanquearse y refinarse con vapor para lograr un producto estable comparable con el aceite ALCON sometido a refinación alcalina, blanqueo y desodorización, y también con el aceite obtenido por trituración convencional y refinación alcalina (31). Si hay que procesar porotos de soja de baja calidad, los niveles más altos de fósforo residual pueden remediarse agregando pequeñas cantidades de ácido, preferentemente cítrico (31). El desgomado seco que emplea ácidos puede resultar una buena precaución para controlar el contenido de hierro al nivel bajo requerido por la refinación física. El uso de expanders para tratar las láminas antes de la extracción produce un "efecto ALCON" con relación ala densidad y volumen de los collets,

MG Técnica

filtración y propiedades del aceite (32). El uso de expanders también puede llevar a un bajo nivel de fosfátidos no hidratables. Los aceites con bajo contenido de fosfátidos, tales como palma, coco, o palmiste normalmente no se someten a desgomado acuoso porque la pequeña reducción en el contenido de fosfátidos no justifica este paso del proceso.

equivale a la cantidad de fosfátidos hidratables. Lamezclaintensa de agua con aceite se considera importante, recomendándose el uso de la activación ultrasónica (35) y electromagnética (36). Después de un cierto tiempo de retención (por ejemplo, 30 minutos) a fin de permitir el desarrollo conveniente de la fase goma, ésta se separa mediante separadores centrífugos a disco o decantadores. Después del secado, el aceite está listo para ser trasladado.

El proceso de desgomado acuoso en sí es bastante simple, habiéndose publicado reseñas detalladas del mismo (23, 33,34). Como se ilustra en el diagrama de flujo representado en la figura 4, 2-3 % en peso de agua caliente se mezcla con aceite a temperatura de 70-90° C, o el aceite se calienta a esta temperatura usando vapor directo. Por lo general, la cantidad de agua

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En este proceso, el aceite se trata con un ácido para descomponer los complejos de iones metálicos/fosfátidos, y se lo mezcla con tierra de blanqueo y en lo posible con carbón activado. La tierra enlaza el ácido de desgomado, los fosfátidos y los componentes menores, como clorofila, y posteriormente queda eliminada por medio de filtración. El aceite blanqueado y filtrado luego puede refinarse físicamente. Se logra una mínima retención de aceite en la tierra soplando, por ejemplo, el filtro con vapor. El contenido de aceite dela tierra agotada se determina comúnmente por medio de la extracción de Soxhlet, pero ésta produce una cifra demasiado baja ya que la calcinación posterior de los residuos de extracción lleva. a mayores pérdidas de peso. La manera apropiada de determinar el contenido de aceite en la tierra agotada se realiza midiendo el contenido de agua por titulación usando el método de Karl Fischer y el contenido de arcilla seca por calcinación, luego se

A&G Técnica

Figura 4. Diagrama de flujo del proceso de desgomado acuoso

calcula el contenido de aceite por diferencia. En la arcilla, son normales los valores de 50 % en peso. La principal ventaja del desgomado seco es que evita la generación de un efluente acuoso, además del agua involucrada en el sistema de vacío usado durante la refinación física. En aquellos lugares donde las reglamentaciones prohiben o restringen con severidad la descarga de afluentes conteniendo fosfatos, el desgomado seco puede ser un proceso más económico que la eliminación de fosfatos de efluentes por medio de la precipitación, y en algunos casos, constituye la única opción. La cantidad de tierra de blanqueo a utilizarse en el desgomado seco aumenta al crecer'el contenido de fosfátidos. Debido a que el uso de tierra de blanqueo no es económico - costo de la tierra de blanqueo, pérdida de aceite y posiblemente costos para eliminar la tierra usada - en la práctica, el uso del desgomado seco se limita a aceites con bajo contenido de fosfátidos. Esto incluye aceites como el de palma (37) y otros aceites tropicales con un contenido naturalmente bajo de fosfátidos, o el caso de aceites cuyo contenido de fosfátidos ha disminuido con un tratamiento previo, tal como el desgomado acuoso o preferentemente ácido (ver secciones posteriores). El sebo comestible también se somete a un proceso

de desgomado seco antes de su refinación física. El proceso de desgomado seco en sí es simple y utiliza los equipos habituales de blanqueo. El ácido, generalmente ácido fosfórico con una concentración de 75-80 % en peso se dispersa en el aceite caliente (80-100 9C) en cantidades de 0,05-1,20 % en peso de aceite. Después de un breve tiempo de reacción, se puede agregar un poco de agua para realizar un blanqueo eficiente (38) y a continuación se agrega tierra de blanqueo en cantidades de 1-3 % en peso base aceite, y se aplica el vacío. Luego se calienta el aceite a temperatura de blanqueo que puede llegar a 120 ó 140 9 C y después de unos 15 minutos, el aceite se enfría amenos de 1002 C y la tierra de blanqueo se elimina por filtración. Se prefieren evitar temperaturas altas debido al riesgo de formar productos de degradación del aceite. Como mencionáramos anteriormente, la principal ventaja del desgomado seco es que se evitan los efluentes con contenido de fosfatos. Otras ventajas son la baja inversión y bajo consumo de energía, pero éstas a menudo no contrarrestan los altos costos que implica el uso de grandes cantidades de tierra de blanqueo. Otras serias desventajas del desgomado seco es que sólo se pueden resolver los problemas de calidad mediante el uso

de mayor cantidad de tierra de blanqueo. En el desgomado seco, parte de la tierra de blanqueo se reemplaza por un hidrogel de sílice sintético, Trisyl (39), en lo que W.R. Grace & Co. ha denominado "Modified Physical Refining" (Refinación Física Modificada) pero que realmente consiste en un proceso de refinación alcalina donde se eliminan los jabones por filtración (49). En este proceso, el aceite crudo pasa por un tratamiento previo con ácido de desgomado y luego se lo neutraliza con álcali y se lo seca a 0,2 % en peso de humedad. Se agrega Trisyl a un tanque de lechada y la lechada pasa aun blanqueador al vacío. Desde ahí, se hace ingresar la lechada a un filtro precapado con tierra de blanqueo para eliminar del aceite la clorofila y por último se desodoriza el aceite. Debido a que el Trisyl no tiene capacidad para absorber la clorofila, debe usarse junto con la tierra de blanqueo pero la posterior introducción de los adsorbentes garantiza que la capacidad de captación de clorofila de la tierra de blanqueo se vea protegida por la adsorción previa de gomas y jabones por parte del sílice. Desgomado en fase micela

Algunos aceites como el de algodón (41) y el de salvado de arroz pueden neutralizarse y de esa manera también desgomarse mientras todavía se encuentran en forma de micela, utilizando para ello equipos convencionales a prueba de explosión. Sin embargo, el desgomado de la micela que ahora pasamos a tratar (42) emplea la filtración con membranas para lograr la separación de triglicéridos y fosfátidos. El proceso se basa en el concepto de que los fosfátidos forman micelas cuando el aceite se disuelve, por ejemplo, en el hexano. Estas micelas son más grandes (18-200 ji m) que las moléculas de los triglicéridos del aceite. Como resultado de esto, las micelas pueden separarse por ultrafiltración usando una membrana apropiada. Los resultados obtenidos en laboratorio y en plantas piloto demuestran que se puede lograr un aceite de alta calidad sometiendo la micela proveniente de una unidad de extracción

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61

j F

e

A&G Técnica convencional a un filtrado previo y posteriormente a una ultrafiltración con membrana y prosiguiendo este paso de separación con la evaporación del hexano y la refinación física. Aplicado a muchos aceites se puede omitir el paso de blanqueo porque los iones metálicos y los pigmentos están encapsulados por las micelas fosfátidas. El proceso no se utiliza industrialmente porque la necesidad de inversión es muy alta (43) y también debido a que la fracción retenida por la membrana contiene cantidades considerables de aceite con triglicéridos y por lo tanto se, requiere un tratamiento adicional para recuperar dicho aceite. Desgomado ácido El proceso de desgomado ácido puede considerarse como unavariante del desgomadO acuoso en que éste usa una combinación de ácido y agua'en vez de sólo agua. Afin de descomponer los complejos del PA yla PE con iones metálicos bivalentes y convertirlos en ácidos libres PA y PE, el ácido del desgomado debe ser suficientemente fuerte, y por lo tanto se agrega al aceite en forma concentrada. En seno del ácido, el PAy laPE libres no están disociados y como sólo los ácidos disociados son hidratables, su hidratación y por lo tanto el cambio del equilibrio de disociación del PAylaPE se provoca diluyendo posteriormente el ácido de desgomado con agua y proporcionando un tiempo de hidratación (5). El desgomado ácido produce un contenido de fósforo residual menor que el desgomado acuoso y por lo tanto es una buena alternativa si el desgomado seco 'y la refinación física son los siguientes pasos de refinación. Las gomas resultantes del desgomado ácido no pueden procesarse como lecitina común porque su composición de fosfátidos difiere de la de las gomas obtenidas por desgomado acuoso (mayor contenido PA) y porque contienen ácido de desgomado. En consecuencia, se prefiere el desgomado ácido para el aceite de col za y el de girasol y en otras instancias, para casos donde las gomas se mezclan con la harina. Al descomponer los fosfátidos complejos formando complejos no solubles en agua con iones bivalentes, el ácido reduce el contenido de iones bivalen62

tra en la figura 5, consta de dos pasos tes del aceite que a su vez reduce la necesidad de tierra de blanqueo. Se y comienza con el superdesgomado convencional y continúa con el paso de aconsejalamezclaintensa de ácido en estos casos (44), pero en el proceso enfriamiento, agrega agua o álcali, Long-Mix que compensa una mezcla luego sigue con una etapa de maduramenos intensa mediante el tiempo de ción a 252 C durante tres horas, seguiretención, también se usa de manera da de un paso de calentamiento y un habitual. paso de separación. La patente (49) En el desgomado ácido propuesto que registra el proceso describe espepor Unilever como proceso de supercíficamente la microfiltración como el paso de separación, pero durante una desgomado (45,46) el aceite crudo o desgomado 'por agua primero se capresentación (48) se mencionó el uso lienta a 702C, opcionalmente se mez- de un centrifugado de clarificación. cla lecitina modificada con el aceite y El proceso "Unidegumming" tiene, de esta manera, un inventario de unas luego se agrega una solución fuerte de ácido cítrico como ácido de desgomado. 6 horas de producción y usa un gran para descomponer los fosfátidos no número de intercambiadores de calor. hidratables. Se logran bajos niveles de fósforo resiDespués de un período de reacción dual (48) también en el caso de aceites la mezcla se enfría a menos de 402 C y "mal desgomados" que puede ser debise le agrega agua para lograr la disodo al uso de álcali en los pasos adiciociación del PAy el PE libres y se deja' nales, ya que este reactivo disocia los fosfátidos y los torna hidratables; por estacionar otras tres horas, siguiendo lo tanto, el proceso comparte algunas el principio de que los cristales de fosfátidos líquidos se forman a esta características con la refinación ácitemperatura reducida. da. Luego los cristales se eliminan por centrifugación, pero debido a que el Refinación ácida aceite es bastante viscoso abajas temEn la refinación ácida, los fosfátiperaturas y difícil de separar de las dos' no hidratables se descomponen impurezas por centrifugación, se vuelve a calentar la mezcla de aceite antes primero con un ácido suficientemente de ingresar en el separador centrífu- concentrado que forma complejos con go. iones metálicos bivalentes, como calcio y magnesio. Después de este trataEn una variante que depende del proceso de superdesgomado desarro- miento ácido, el PAy el PE se encuenliado por The Cambrian Engineering tran en sus formas ácidas y disociadas pero en lugar de fomentar su disociaGroup (47), el tratamiento' ácido se lleva a cabo a temperaturas inferiores ción diluyendo ácido de desgomado a 402C. con agua como en el proceso de desgo• ' - •,' El proceso de superdesgomado pro- mado ácido, la disociación y por ende duce niveles de fósforo residual más lahidratabili dad, se logran con el agrebajos que el desgomado ácido conven- gado de una base, a saber, hidróxido cional no incorporando el paso de en- sodio o silicato de sodio. friamiento, pero estos niveles depenLa cantidad de base utilizada es tal den de la calidad del•. aceite (48). Ade- que el ácido de desgomado sólo se más, los niveles de hierro residual son neutraliza parcialmente y se evita la bajos y requieren del uso de grandes formación de jabón. De esta manera, cantidades de tierra de blanqueo (45): 'los aceites refinados-i ácidos todavía contienen los ácidos grasos libres preun nuevo tratamiento ácido como el sentes en el material inicial. La refique brinda el desgomado seco, usando menor cantidad de tierra de blanqueo, nación ácida debe ser considerada, entonces, como una etapa intermedia puede ser la manera más económica para procesar esté-aceite desgomado entre el desgomado ácido y la refinacon ácido. ción alcalina (50). Para mejorar este proceso y depenEn el Cuadro'4 (21), se ilustra con der menos de la calidad del aceite claridad el efecto del uso de cáusticos crudo, Unilever ha extendido el super- sobre el contenido de fósforo residual en lugar de agua: la neutralización desgomado al proceso "Unidegumparcial del ácido del desgomado hace ming" (48,49). Este último, que se ilus-

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'

"“`" .... •

Aceite crudo desgomado con agua Enfriado

Enfriado

Calentamiento

Agua (álcali)

Agua

Lecitina Mezclado

Mezclado tr

Acido critico Maduración

Calentado

Mezclado

Maduración

Maduración

Calentado

Separación Borras ácidas Gomas

Separación

Figura 5. Diagrama de flujo del

proceso Unidegumming

que el PA y la PE se disocien y se transformen en hidratabl es de manera de lograr el menor nivel de fósforo residual. El Cuadro 4 también ilustra el hecho de que una temperatura más baja favorece la eliminación de fósforo (45, 51). Esto es particularmente evidente cuando se usa agua que forma la base del proceso de superdesgomado (46). Los primeros procesos de refinación ácida que desarrollaron Rosedown (52) y HLS (53) datan de una época cuando todavía no se había compren-; dido la importancia de mezclar ácido de desgomado con aceite. Se usaban con aceite de maíz, quecontenía tantos fosfátidos que estos actuaban como emulsionantes, y requerían tiempos de contacto bastante largos, con la desventaja que se podían formar productos de reacción con fósforo. Con el tiempo, esta desventaja fue superada por el Vandemoortele Total Degumming Process (TOP) (Proceso de desgomado total Vandemoortele), que logra una dispersión muy precisa del ácido de desgomado en el aceite (24). El ácido fosfórico se prefiere como

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con el uso de dos separadores centrífuácido de desgomado por no ser tóxico, gos en serie (54) y reciclando en la poder aplicarse en alimentos y ser corriente de aceite que alimenta el más económico que el ácido cítrico. separador la fase pesada con0.,primer Durante el desarrollo industrial del TOP se halló que las gomas libres de :teniendo gomas del segundo separajabón resultantes dela neutralización^ x1r, dor. En el proceso TOP, el primer sepaparcial del ácido de desgomado eran rador centrífugo'opera de tal manera "bastante pegajosas y tenían una conque la fase pesada, es decir la fase sistencia casi arcillosa." Asimismo se gomas, posee un contenido mínimo de encontró que un separador centrífugo aceite porque el aceite contenido en no podía producir simultáneamente esta fase constituye una pérdida de una fase de goma con mínimo contenirefinación. Por consiguiente, la fase do de aceite, y un aceite libre de gomas de aceite todavía contiene algunas go(21). Este problema ha sido superado

Cuadro 4. Contonido residual de fósforo y hierro'después del a recia de agua y soda cáustica (2 Concentración después del desgomado

Concentración inicial Temperatura

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(CC) 90 90 75 75

Solución Cáustica/ Fósforo agua (PPm) . Cáustica Agua Cáustica Agua

114 150 114 150

Hierro (PPm) 0.71 1.02 0.71 1.02.

Fósforo

Hierro

(PPm)

(PPm)

5.3 63.5 3.9 34.8

0.04 0.12 0.01 0.12

• .4

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rífun la a el conaraBpaiera fase o de ) en de Fase go-

o

mas. El segundo separador centrífugo, un clarificador especialmente diseñado, opera de manera diferente ya que produce aceite prácticamente libre de gomas y una fase pesada que contiene casi todas las partículas de goma que ingresaran a dicho separador. Esta configuración origina una pequeña disminución de la capacidad, pero garantiza una pérdida mínima de triglicéridos y posee también una suerte de fuerza intrínseca; el segundo separador se encarga de procesar todo el contenido de gomas temporariamente más alto del aceite que sale del primer separador. Además, el primer separador funciona de manera que es mínimo el riesgo de transición conductiva que pueda provocar el desvío repentino de gran parte de la corriente de aceite hacia la salida de la fase pesada. Contrariamente a lo que se manifestó de manera errónea (43) el TOP se puede utilizar con todo tipo de aceites, no importando si fueron sometidos a desgomado acuoso, si fueron desgomados parcialmente en agua o si carecen de todo tipo de desgomado. Asimismo, el concepto difundido por Unilever de que la eliminación del fósforo es menos efectiva cuando "el aceite contiene mayores niveles de Ca/Mg" (43) tampoco tiene fundamento. Esto se ilustra con datos provenientes de una línea TOP en Austria que entró en servicio en abril de 1992. El Cuadro 5 resume los datos relacionados con el aceite crudo de colza, el aceite procesado industrialmente en TOP y el aceite sometido a desgomado acuoso preparado en laborato-

HYtech

rio mediante desgomado acuoso del mismo aceite crudo. El Cuadro 5 también ilustra los datos del aceite de colza que se resumieron en el Cuadro 3 relativos al aceite de soja; con el desgomado acuoso, el contenido de calcio disminuye ligeramente y el contenido de magnesio se reduce a casi la mitad. De igual manera, sobre una base atómica, el contenido de iones metálicos bivalentes en el aceite de desgomado acuoso es bastante similar al contenido de fósforo. Las primeras líneas TOP incluían dos centrífugas de lavado para eliminarlos restos de fosfatos inorgánicos y fosfátidos , cuando estaban en uso, empleaban un lavado a contra corriente para reducir el uso de agua y el volumen de efluentes. En la actualidad, en una línea TOP que se encuentra en desarrollo, utiliza el diagrama de flujo que se ilustra. El proceso ilustrado en la figura 6 se denomina "TOPdry" debido a su reducido uso de agua (27,55). Como antes, el ácido de desgomado se mezcla con el aceite caliente y luego de un tiempo de contacto de 2-

3 minutos, se lo neutraliza parcialmente con hidróxido de sodio. La corriente de aceite luego ingresa al primer separador centrífugo como es norma, pero luego el agua de lavado se mezcla con esta corriente de aceite antes de pasar al segundo separador centrífugo, que actúa como clarificador. Este último separador elimina el agua junto con los fosfatos inorgánicos y los fosfátidos residuales como fase pesada que también contiene considerable cantidades de aceite. Esta fase pesada luego se recicla en la corriente de aceite que sale del tanque de decantación y el agua contenida en esta fase pesada sale del primer separador junto con las gomas. Durante el desarrollo del TOP, fue necesario introducir una cierta cantidad de agua en la fase de gomas para darle la fluidez necesaria y de hecho, el agua se agregaba neutralizando el ácido de desgomado con soda cáustica diluida. En el TOP-dry, esta cantidad de aceite la proporciona el agua de lavado reciclada por el segundo separador, como resultado de lo cual se

Cuadro 5. Propiedades del aceite de colza procesado en TOP-Line en Austria Aceite crudo

Fósforo (ppm) Calcio (ppm) Magnesio (ppm) Hierro (ppm)

Aceite TOP

Aceite por desgomado acuoso

promedio rango

promedio rango

promedio rango

321 129 41 1.51

3.6 1.7 0.4 0.04

148 107 26 0.89

188-425 107-155 30-52 1.22-1.80

2.8-6.2 1.1-2.5 0.3-0.7 0.03-0.08

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Aceite crudo / Desgomado acuoso Calentamiento Acido para desgoznado Mezclado Maduración Lejia concentrada Mezclado Separación Separación

Gomas TOP

1

Agua de lavado

_J Lavado con agua

Separación Secado

Aceite • TOP - DRY Figura 6. Diagrama de flujo del proceso TOP-dry. puede utilizar soda

cáustica sin diluir al 50 % en peso, de manera que se reduce el uso total del agua y no se producen efluentes acuosos. Como lo indican las lineas de punto en la figura 6, el centrifugado de lavado opcional puede formar parte del TOP-dry como medida de precaución, para asegurar que el aceite desgomado reúne la especificación de contenido de fósforo residual de menos de 10 ppm y menos de 0,2 ppm de hierro residual. Si se usa dicho centrifugado, es preferible hacerlo a contracorriente. El agua de lavado se mezcla con la corriente de aceite que sale del clarificador, y los efluentes que salen del centrifugado de lavado se mezclan con el aceite entre el primer y segundo separador. TOP-dry tiene varias ventajas sobre las primeras lineas TOP ya que no genera efluentes con fosfatos, requiere menor inversión, evitala necesidad de diluir álcali y tiene costos operativos más bajos. Además, se ha observado hace poco que cuando se utiliza el TOP-dry, los discos de separación necesitan menor frecuencia de limpieza que las primeras líneas TOP. Por ser la refinación con ácido el desarrollo con más futuro, no es de sorprender que este método de desgo-

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mado concentre mucho interés. Esto se refleja, por ejemplo, en el número de recientes solicitudes de patente. En una presentación efectuada por Unilever que depende de le. primera patente TOP (24), se afirma que una de las ventajas es la hidratación de gomas a temperaturas reducidas (56). Un modelo diseñado por Krupp describe el proceso de refinación ácida que, aparentemente, se asemeja a un tipo de variante Long-Mix de TOP (57). A pesar de haber pedido más información, el autor aún no harecibido nada, pero de acuerdo con el programa de la reunión anual DGF en Essen (58), se presentará el proceso en ese lugar. Según Unil ever, el proceso Krupp depende de la patente de superdesgomado (59). Finalmente, la eliminación de las gomas del TOP en el sílice amorfo fue sugerido por Joseph Crosfield (69). Desgomado enzimático Los procesos de desgomado analizados previamente se utilizan en su totalidad en forma industrial; para demostrar una posible tendencia en el desgomado, existe todavía en estudio un nuevo proceso de desgomado enzimático pero que ya ha alcanzado la

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etapa de planta pilqto y que pasamos a explicar. Este proceso, llamado EnzyMax, es el resultado de un programa de desarrollo conjunto entre el productor de enzimas, Rehm y la empresa Lurgi (61). La enzima usada en el proceso EnzyMax es A2 fosfolipasa porcina, un producto secundario resultado de la aislación de insulina del páncreas. La A2 fosfolipasa también puede producirse por el proceso de fermentación microbiana potencialmente más económica, de manera que su disponibilidad actual como producto secundario no altere la aplicación industrial del desgomado enzimático. La A2 fosfolipasa cataliza específicamente la hidrólisis del enlace de ésteres de ácidos grasos con el átomo de carbono central de la mitad de glicercol en los fosfátidos pero no tiene especificidad estricta de tipo fosfátido en la interfase aceite/agua. Allí, hidroliza los fosfátidos no hidratables en sus liso-compuestos hidratables y correspondientes. Debido a que el uso de enzimas tiene que reducirse por los costos y una menor cantidad de enzimas produce un nivel más bajo de hidrólisis o promedio de conversión de fosfátidos a sus liso compuestos, para que el aceite se desgome enzimáticamente es preferible que haya sido sometido a desgomado acuoso, como se indica en la figura 1. El aceite que no ha sido desgomado con agua puede desgomarse enzimáticamente de manera efectiva pero con menor rinde o con mayor uso de enzimas. Al desarrollar el proceso EnzyMax, sus inventores descubrieron que el pH de la fase acuosa afecta mucho el ritmo de la hidrólisis (61). Por lo tanto, el pH se controla a 5 usando un regulador de citrato. Como se indica.,en la figura 7, el aceite desgomado contigua se calienta primero a 60º C, una temperatura en la cual el ritmo de desactivación enzimática es todavía insignificante. El regulador de citrato se mezcla con el aceite tibio, se agrega y mezcla al aceite una pequeña cantidad de A2 fosfolipasa. Con el objeto de simular un flujo tipo pistón, la planta piloto instalada en Soja Mainz posee dos reactores en serie; la agitación de es-

A&G Técnica tos reactores se suministra circulando los contenidos como se indica en la figura 7. El material que sale del segundo reactor se calienta a 78-80QC para facilitar la separación centrífuga. El separador usado es de tres fases que produce una fase de aceite, una acuosa y fango. La fase de aceite se seca y se enfría para el posterior almacenaje y el fango se elimina por laharina. Por otro lado, la fase acuosa conteniendo el regulador de citrato y la enzima activa, se recicla parcialmente cuando el regulador inicial y los agregados de enzimas son controlados de manera que mantienen una operación uni-

forme. Así, el efluente acuoso es sólo el 1,5 % de la producción de aceite, y se utiliza toda la estabilidad de la enzima. El proceso ha sido ensayado con aceite de soja, colza y girasol, no registrándose ninguna influencia por parte del tipo o calidad del aceite. Con un tiempo de permanencia de unas 2 horas, el autor ha podido comprobar que los niveles de fósforo se hallaban cercanos a los 4 ppm sin incluirse los niveles de comienzo, y los niveles de hierro residual eran inclusive de 50 ppb. Por lo tanto, se espera que el uso de niveles normales de tierra de blanqueo seguido de la refinación física produzca un

Aceite Desgomado con agua Calentado Buffer citrato Mezclado

Solución enzimática Mezclado Maduración Maduración Calentado Separación Efluente

Secado

Aceite Enzimax

aceite totalmente refinado con capacidad normal de almacenaje. En el momento de redactar este trabajo, se llevan a cabo ensayos para verificar lo mencionado anteriormente. El proceso tentativo, tal como se describiera, posee efectivamente una serie de ventajas: puede utilizarse con diferentes tipos de aceites y parece ser insensible a la calidad del aceite. La inversión es baja porque se necesita una sola centrífuga, y los subproductos se eliminan fácilmente. Los ácidos grasos libres resultantes de la hidrólisis de fosfátidos se eliminan durante la refinación por vapor y se venden; y los lisofosfátidos pueden agregarse a la harina, mientras que los efluentes acuosos son mínimos debido al reciclaje parcial. La pérdida de aceite en el fango parece ser normal, es decir, una parte de aceite con triglicéridos por dos partes de lisofosfátidos, que en realidad resulta baja debido ala reducción en el peso molecular de los fosfátidos por la hidrólisis. Sin embargo, no es factible realizar una evaluación completa del EnzyMax porque todavía se halla en desarrollo. El uso de enzimas en el procesamiento de aceites comestibles todavía está limitado, siendo la hidrólisis de triglicéridos y la interesterificación las únicas aplicaciones hastala fecha, pero su uso en el desgomado parece indicar el avance de la biotecnología en aceites y grasas, porque el volumen involucrado justifi ca I os estudios tendientes alograr preparaciones enzimáticas efectivas y de bajo costo.

Figura 7. Diagrama de flujo del sistema Enzy-Max

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A&G Técnica Lavado

Las operaciones de lavado forman parte de la refinación alcalina para reducir el contenido de jabón del aceite o como parte de una operación de desgomado para eliminar las gomas residuales y/o reactivos. Normalmente se llevan a cabo a 95-1052C de manera que puede ser necesaria una etapa de recalentado. Se agrega al aceite agua desmineralizada o condensado de vapor, y se reduce al mínimo el uso de agua de lavado mezclando agua con el aceite o lavando a contracorriente, si se estima necesario más de un paso de lavado. Si el aceite a lavar es ácido y el agua en la desmineralización es ligeramente alcalina, se impide la formación de jabón mediante la acidificación del agua usando ácido cítrico. Cuando se separa del aceite el agua de lavado, se pueden usar normalmente los separadores secundarios que no necesitan ser autolimpiantes. Estos requieren limpieza manual o limpieza en proceso, pero la frecuencia de limpieza es baja. Secado

El aceite lavado generalmente contiene 0,4 - 0,7 % en peso de agua, siendo 0,3 % en peso la solubilidad del agua a 1002C. El secado de este aceite es el proceso más simple a tratarse en esta ponencia, ya que consiste en ingresar el aceite mediante boquillas roci adoras dentro de un secador continuo al vacío que se mantiene a 100 mbar o menos. El aceite seco sale del secador mediante una bomba cuyo funcionamiento está controlado por

interruptores de nivel. El aceite con un alto contenido de jabón puede producir excesiva espuma y por lo tanto debe evitarse. De hecho, el nivel de espuma al secarse el aceite sometido a refinación alcalina es una señal útil acerca de la eficiencia del lavado. El secado del aceite es necesario cuando se prepara el aceite para su posterior almacenaje. Si el aceite va a ser blanqueado inmediatamente, no es necesario el secado e inclusive puede ser una ventaja el no secarlo (38). Subproductos y su eliminación

En las secciones anteriores, Be analizaron los procesos de desgomado y refinación actualmente en uso, y se trató el nuevo proceso de desgomado enzimático. Sin embargo, no se ha hablado mucho sobre los subproductos y las corrientes de desechos. En esta sección, trataremos estos subproductos y su eliminación de los procesos de refinación presentados esquemáticamente en la figura 1 y tabulados, que aparecen en el Cuadro ljunto con los subproductos y corrientes de desechos. En el Cuadro 1, se enumeran los distintos procesos de refinación como "Caso A, B,....G y el símbolo "x" indica que una etapa del proceso forma parte del proceso de refinación; el símbolo "(x)" indica que esta etapa es opcional. En la parte inferior del Cuadro 1, la presencia de un cierto subproducto o corriente de desechos está indicada por el símbolo "+" y el símbolo "++" señala que la cantidad del subproducto o la carga de la corriente de desechos es relativamente importante.

El Caso A representa el proceso tradicional de refinación alcalina(neutralización química, blanqueo y desodorización), los Casos B y C emplean desgomado ácido, los Casos C y D emplean desgomado seco y refinación física y los Casos E y F emplean refinación ácida. El Caso G indica el proceso de desgomado enzimático en aceite de desgomado acuoso, seguido por blanqueo y refinación física. El Cuadro 1 también indica que el desgomado acuoso es opcional en todos los procesos de refinación registrados excepto en el proceso EnzyMax, donde se prefiere especialmente. El desgomado acuoso se lleva a cabo en el molino aceitero donde se pueden secar las gomas y venderse como lecitina para el caso del aceite de soja, o agregarse ala harina y venderse al valor de ésta. Por lo tanto, el desgomado acuoso rara vez origina problemas de eliminación. Los industriales que reciben el aceite que no ha sido desgomado con agua o sólo ha sido sometido a un desgomado parcial, refinan el aceite como tal y no realizan procesos de desgomado acuoso. Las gomas que resultan del proceso de desgomado ácido no pueden procesarse como lecitina porque contienen ácido y tienen una composición variable de fosfátidos (mayor contenido de PA). Si un industrial triturador usa el

desgomado ácido, puede eliminar las gomas por la harina y así vender la materia seca al valor de la harina. Esto, por ejemplo, es la práctica habitual en Canadá donde el aceite de canola desgomado con ácido es un artículo comercial.

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Si un industrial usa el proceso de desgomado ácido como tratamiento anterior al desgomado seco y la refinación física, o antes de la refinación alcalina, podrá resolver el problema de eliminación de desechos secando las gomas y vendiendo la materia seca como ingrediente forrajero, si no llegara a vender las gomas ácidas a un molino aceitero cercano, fabricante de forraje o agricultores locales. Las gomas ácidas, al no ser un artículo comercial, no tienen precio de venta conocido, de manera que éste debe ser negociado sobre la base de su contenido de agua y energía. Desde el punto de vista de la eliminación de desechos, las gomas neutras resultantes del proceso de refinación ácida son bastante similares alas gomas ácidas que resultan del proceso de desgomado ácido. En lo posible, se las elimina mejor por la harina ose las vende localmente como gomas, y si esto no fuese posible, la solución radica en el secado y venta del producto seco a los fabricantes de forraje. Las gomas secas son perfectamente estables, pueden bombearse y contienen ingredientes valiosos: energía y fosfato biodisponible. Sin embargo las gomas secadas por TOP pueden ser bastante viscosas debido a su bajo contenido oleoso. La viscosidad puede disminuir mezclando estas gomas con el destilado de ácido graso producto de la refinación física. No se recomienda el tratamiento de gomas neutras en un proceso de separación de la pasta de neutralización para recuperar y vender los ácidos grasos, excepto de manera temporaria. Debido ala acción de compensación de las sales presentes en las gomas neutras, el uso de sustancias químicas en el proceso de desdoblamiento de la pasta de neutralización es bastante alto y el rinde de ácidos grasos en la hidrólisis de fosfátidos es bajo. Además la hidrólisis conduce a la formación de compuestos orgánicos solubles en agua como glicerol, colina, etc, y fosfato inorgánico que contaminan seriamente los efluentes resultantes del desdoblamiento de la pasta de neutralización. La tierra de blanqueo agotada es un subproducto común a todos los procesos de refinación industrial analiza-

dos pero, como es de esperar, los procesos de desgomado seco originan mayor cantidad de.tierra agotada por tonelada de aceite producido. La tierra de blanqueo agotada generalmente contiene un 35 % en peso de aceite y constituye un riesgo de incendio. Generalmente la eliminación se efectúa por relleno de tierras y esto puede traer aparejadala denuncia de autoridades locales. Por consiguiente, la eliminación se convierte cada vez más en un problema y se buscan otras formas de eliminación. Al respecto, una reciente solicitud de Joseph Crosfield (62) presentada en un afiche (63) bien puede ser un paso adelante. Describe una tierra de blanqueo sintética de notable actividad que se puede lograr mediante la pirólisis controlada y la combustión del aceite adherido. En general, en Europa la borra de neutralización es acidulada, lo cual genera ácidos grasos y un efluente acuoso. En los Estados Unidos, algunos industriales venden la borra de neutralización a empresas que abastecen a fabricantes de forraje. Los ácidos grasos resultantes del proceso de separación de la borra de neutralización, no presentan problemas de eliminación; pueden venderse a fabricantes de forraje o a la industria oleoquímica. El destilado de desodorizadores puede presentar problemas de eliminación si el residuo de plaguicidas es demasiado alto. La industriafarmacéutica usa algún destilado de desodorizadores como fuente de tocoferoles. Los ácidos grasos recogidos durante la refinación física tienen un residuo de plaguicida más bajo y pueden venderse como ingredientes forrajeros o a la industria oleoquímica. El precio de venta varía de acuerdo con las especificaciones exigidas (contenido de ácidos grasos libres (FFA), no saponificable, color, humedad en comparación con el de origen mixto, etc.) pero es invariablemente más bajo que los precios de venta del aceite comestible. En consecuencia, los procesos de refinación con unabaja pérdida en refinación presentan ventajas económicas. La pérdida de refinación al efectuarse I a refinación flsica puede suponerse que equivale a 0,2 + 1,1 x

FFA en los que la pérdida y FFA se expresan como porcentaje en peso de aceite. Las pérdidas de aceite durante la neutralización química varían demasiado entre los distintos industriales como para presentar una fórmula válida, pero son mayores tal como se ilustra en el Cuadro 1. La desodorización y la refinación física producen un efluente acuoso proveniente del sistema de vacío que posee una baja demanda de oxígeno (DBO) y puede descargarse sin problemas. Por otro lado, el efluente resultante del desdoblamiento de la borra de neutralización es muy contaminante. El ácido fosfórico usado en el proceso Short-Mix termina en este afluente, pero inclusive el proceso Long-Mix produce un efluente que contiene fosfato debido a la hidrólisis de los fosfátidos. Esta hidrólisis también origina compuestos orgánicos solubles en agua que causan un alto DBO. Como se indicara en el Cuadro 1, la carga es más seria en el Caso A que en el Caso B porque se requiere menor ácido fosfórico durante este paso de refinación y I a borra de neutralización resultante de los aceites desgomados con ácido y refinación alcalina contienen mucho menos fosfátidos. En el Caso E no se requiere ácido fosfórico durante la refinación alcalina y el efluente resultante prácticamente no contiene fosfato. El uso de elementos químicos al separar dichas borras de neutralización también es reducido en comparación con el Caso A porque no hay regulador. Novedoso proceso de refinación alcalina

Los procesos de refinación alcalina comunes emplean un primer separador centrífugo, generalmente a disco autolimpiante, para eliminar la borra de neutralización del aceite. El contenido de jabón en el aceite que sale del separador es superior a 500 ppm y puede llegar inclusive a 1500 ppm. Para eliminar este contenido residual de jabón del aceite, se trata a este último con álcali diluido y se lo alimenta al centrifugados del primer lavado, donde se lo mezcla con agua. Luego pasa a una segunda centrífuga

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A&G Técnica de lavado o se lo somete a dos operaciones de lavado separadas. La cantidad de líquido para el lavado que se emplea depende de la calidad del aceite pero se encuentra en el orden de 510 % en peso por etapa de lavado. En el caso de haber dos lavados con agua, se puede usar el lavado a contracorriente y ahorrar el uso de agua y el tratamiento de efluentes. Como se indicó previamente, el nuevo diseño TOP tuvo que superar el hecho de que un solo separador centrífugo no pudiera producir gomas con un contenido mínimo de aceite y aceite libre de gomas simultáneamente. Con la refinación alcalina existe un problema similar, ya que hay que separar la mezcla aceite/jabón de una borra de neutralización con un contenido mínimo de aceite y un aceite prácticamente libre de jabón. Este problema fue resuelto por un original proceso de refinación alcalina concebido por Vandermoortele, con el nombre en código "SNOW," acrónimo derivado de "Simplified Neutralization Omitting Washing" (Neutralización Simplificada que Omite el Lavado). En el proceso SNOW la mezcla aceite/ jabón ingresa a un primer separador centrífugo que opera de manera tal que produce una pasta de neutralización con un mínimo contenido de aceite (64). Como se ilustra en la figura 8, la corriente de aceite se mezcla luego con el agua e ingresa aun segundo separador centrífugo que produce aceite prácticamente libre de jabón y una corriente pesada que contiene agua jabonosa del lavado y aceite. Esta corriente se recicla en la corriente de aceite acidificado antes de pasar al primer separador centrífugo. Al igual que con el proceso TOPseco (27,55), la corriente que se recicla contiene agua, y esta agua puede usarse para diluir la soda cáustica empleada en la neutralización del ácido de desgomado y los ácidos grasos libres. Esto significa que se puede agregar más agua entre los dos separadores sin hacer peligrar la operación del primer separador centrífugo. Como resultado, aumenta la eficiencia del lavado y disminuye el contenido de jabón del aceite neutro. De hecho, mayor es el contenido de fosfátidos en el aceite crudo que debe procesar SNOW, mayor es la cantidad de

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Aceite crudo desgomado con agua Calentado Acido para desgomado Mezclado Maduración Lejía concentrada Mezclado Separación

Borras de neutralización Agua de lavado

4.

Separación Agua de lavado

E

Separación

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Secado

Aceite neutro Figura 8. Diagrama de flujo. Proceso SNOW

agua que puede agregarse entre las dos centrífugas y menor el contenido de jabón del aceite neutro. SNOW funciona mejor con aceites crudos que no han pasado por el desgomado acuoso o que sólo están desgomados con agua en forma parcial. En el caso de los aceites desgomados con agua, se necesita un tercer separador centrífugo que actúe como etapa de lavado, para poder así lograr bajos niveles de jabón que sean aceptables. Este tercer separador centrífugo se ilustra- en la figura 8 con líneas punteadas. La figura 8 también muestra que el lavado a contracorriente, como el caso del TOP-seco evita la generación de efluentes acuosos, mientras que la poca agua que se agrega termina en la borra de neutralización. La comparación entre las figura 6 y 8, que ilustran el TOP-seco y SNOW respectivamente, revela que los diagramas de flujo son similares. De hecho, usan equipos idénticos, y el cambio de un proceso al otro simplemente implica adaptar el ritmo de agregado de la lejía concentrada, requiriendo SNOW un mayor ritmo que el TOP-seco. . Discusión

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Con el análisis de los procesos de

refinación usados enforma industrial, el rol de la etapa de desgomado en estos procesos y el impacto ambiental, y luego de haber descripto el nuevo proceso SNOW de refinación alcalina, la pregunta que debe responderse ahora es qué proceso de refinación corresponde adoptar y dónde. Evidentemente, no existe una respuesta general válida, ya que las circunstancias, como equipos y normas, varían. Sin embargo, se pueden distinguir algunas tendencias en la refinación de los aceites comestibles y la pregunta a formularse es: ¿ hasta qué punto están de acuerdo los distintos procesos de refinación con estas tendencias? Una importante tendencia en la refinación de aceites comestibles es una mayor reducción de los costos de refinación mediante el aumento de los rindes, la reducción en el uso de materiales auxiliares, la reducción de personal y en el caso de ser posible, de la inversión (65). Por supuesto, se debe tener una perspectiva general que bien puede ser la de una mayor inversión para introducir nueva tecnología que reduzca la supervisión hasta el punto de producir un ahorro neto. A tal respecto, la refinación física precedida por un adecuado tratamiento para garantizar la calidad del aceite coincide

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A&G Técnica perfectamente con esta tendencia, ya que brinda mayores rindes que la refinación alcalina y exige poca supervisión (65). Como la mejora en el rinde es especialmente importante en los aceites de gran acidez, no es de sorprender que la refinación física sea usada habitualmente con el aceite de palma. Otratendencia que debe distinguirse es el creciente interés en el medio ambiente (65). Las autoridades locales dictan reglamentaciones cada vez más estrictas y/o aplican multas más altas, de esta manera provocando el cambio de procesos de refinación económicamente óptimas hacia procesos menos contaminantes. De hecho, esta segunda tendencia también favorece la refinación física precedida por un proceso de desgomado que no tiene ningún impacto, o prácticamente poco, sobre el ambiente. En consecuencia, muchos industriales están interesados en aplicar la refinación física a otros aceites tales como la soja, colza y girasol. Sin embargo dudan si abandonar la refinación química debido a la falta de certeza con respecto a la calidad de los aceites. Además, si el cambio hacia la refinación física fuera irreversible, muchos refinadores sienten el riesgo que implica no poder suministrar a los clientes la calidad que estos exigen por ser demasiado alta. Al respecto, el nuevo proceso SNOW de refinación alcalina podría ser la respuesta a este problema, permitiendo a los industriales cambiar por una refinación física de manera prudente. La modificación de una línea de neutralización existente para operar SNOW es bastante simple, y la inversión involucrada en esta modificación estaría justificada sobre la base del mayor rinde y el uso reducido de elementos químicos. Con la instalación de SNOW, el industrial también posee el equipo que le permite operar TOP-seco. En consecuencia, puede, a veces, probar la refinación ácida seguida de blanqueo yrefinación física, al mismo tiempo que continúa el suministro a sus clientes. Durante estos ensayos, el refinador puede juzgar la calidad del aceite, observar hasta qué punto necesita adaptar el desodorizador para

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