introduccion materias primas oleoginosas
Post on 31-Jan-2016
229 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
Fuentes oleoginosas
Ing. Eliana M. Cabrejos Barrios 1
MATERIAS PRIMAS OLEOGINOSAS
Tecnología de oleoginosas y derivados El proceso tradicional de hidrogenación de aceites vegetales es una
técnica que data de hace un siglo.
Consiste en adicionar moléculas de hidrógeno a las moléculas
orgánicas insaturadas del aceite.
Las mejoras planteadas a este proceso son mínimas, haciendo
necesarias posteriores operaciones (como la adición de otros
productos grasos insaturados) paras obtener un producto final con las
características plásticas deseadas que servirá como materia prima
para la aplicación industrial deseada.
La tecnología actual presenta un proceso novedoso de hidrogenación
que busca una mejora radical: la obtención de un producto final
completamente acabado, es decir, con las características necesarias
para ser utilizado directamente como materia prima para procesos
posteriores. Ing. Eliana M. Cabrejos Barrios 2
La hidrogenación selectiva es una práctica convencional en la
industria de las grasas y aceites, busca mejorar la estabilidad química
del producto final para prevenir su oxidación y aumentar su utilidad
convirtiéndolo en una materia prima semi-sólida para posteriores
aplicaciones industriales como es la fabricación de margarinas, grasas
comestibles, grasas para freír, grasas para pastelería, entre otros.
Ing. Eliana M. Cabrejos Barrios 3
El proceso industrial de hidrogenación en fase líquida de grasas y aceites fue patentado hasta 1902 por W. Normann después que P. Sabatier demostrara que los dobles enlaces de hidrocarburos ligeros podían ser hidrogenados en fase vapor utilizando catalizadores de níquel o metales nobles. La primera planta de hidrogenación de grasas y aceites fue construida en Inglaterra en 1907 y Procter & Gamble adquirió los derechos sobre la patente de Normann en 1911.
Ing. Eliana M. Cabrejos Barrios 4
Fig.1. Consumo por persona de grasas y aceites en los Estados Unidos de América
en los últimos 50 años. Fuente: “Fats and Oils” de Richard D. O’Brien [1]
En las últimas décadas, la producción de grasas y aceites provenientes de fuentes vegetales a mostrado una creciente preferencia sobre aquellas provenientes de recursos animales debido al cambio de las tendencias alimenticias de los consumidores como se refleja en la Fig.1.
Ing. Eliana M. Cabrejos Barrios 5
Fig.2, El papel del aceite de girasol dentro de la producción mundial de
aceites vegetales.
Cabe destacar que la hidrogenación de aceites vegetales es básicamente
la reacción química de adición de hidrógeno gaseoso a los dobles
enlaces o uniones etilénicas del aceite líquido en presencia de un
catalizador metálico sólido. La Fig.3, muestra la malla de reacciones
del proceso de hidrogenación.
Ing. Eliana M. Cabrejos Barrios 6
Fig.3. Esquema general de la reacción de hidrogenación incluyendo la
isomerización de monomeros.
7
saturados
insaturados
Ácidos grasos
Son ácidos orgánicos
de cadena lineal que
poseen de 4 a 24
átomos de carbono,
siempre en numero
par, con un grupo
terminal acido o
carboxílico
(---COOH).
Saturados
• Contienen el número máximo de hidrógenos y sus enlaces
son todos simples.
• Son sólidos a temperatura ambiente
• Se conocen con el nombre de grasas.
• Desde el punto de vista químico, son sustancias
extremadamente estables. Ejemplos:
8
Estructura Nombre común Se encuentra en
C 4:0 butírico leche de rumiantes
C 6:0 caproico leche de rumiantes
C 8:0 Caprílico leche de rumiantes, aceite de coco
C 10:0 cáprico leche de rumiantes, aceite de coco
C 12:0 láurico aceite de coco, aceite de nuez de palma
C 14:0 Mirístico coco, nuez de palma, otros aceites vegetales
C 16:0 Palmítico abundante en todas las grasas
C 18:0 Esteárico grasas animales, cacao
9
Los ácidos grasos saturados interactúan gracias a la presencia de los enlaces simples entre los carbonos, con la misma distancia entre ellos (1,54 Å) y el mismo ángulo (110º). Esta circunstancia permite la unión entre varias moléculas mediante fuerzas de Van der Waals. Cuanto mayor sea la cadena (más carbonos), mayor es la posibilidad de formación de estas interacciones débiles.
Insaturados
• Presentan dobles o triples enlaces en su cadena
• Son líquidos a temperatura ambiente
• Constituyen el grupo de aceites: oleico, el linoleico y el
araquidonico
10
Estructura Nombre común Se encuentra en
C 10:1 n-1 caproleico leche de rumiantes
C 12:1 n-3 lauroleico leche de vaca
C 16:1 n-7 palmitoleico nuez de macadamia, aceites de pescado
C 18:1 n-9 oleico aceites vegetales (muy extendido en la naturaleza)
C 18:1 n-7 vaccénico grasas de rumiantes
C 20:1 n-11 gadoleico aceites de pescado
C 22:1 n-11 Cetoleico aceites de pescado
C 22:1 n-9 Erúcico aceite de colza
11
En los ácidos grasos insaturados pueden aparecer enlaces dobles o triples entre los carbonos de la cadena. La distancia entre los carbonos no es la misma que la que hay en los demás enlaces de la molécula, ni tampoco los ángulos de enlace (123º para enlace doble, 110º para enlace simple). Esto origina que las moléculas tengan más problemas para formar uniones mediante fuerzas de Van der Waals entre ellas
Adicionalmente
Los ácidos grasos son sustancias ricas en energía,
produciendo el mas del doble de calorías que cualquier
otro compuesto orgánico, teniendo un papel muy
importante en el metabolismo.
Por lo que no pueden ser sintetizados en el organismo
deben ser incorporados en la dieta, pero de forma
gradual y proporcional.
12
Conceptos básicos Con el fin de comprender lo que realmente ocurre en el proceso de
hidrogenación del aceite, es necesario definir varios conceptos
previos antes de profundizar en el proceso de hidrogenación.
Ing. Eliana M. Cabrejos Barrios 13
1. ÁCIDO GRASO
Compuesto alifático monobásico, que consta de un solo grupo
carboxilo situado en el extremo de una cadena carbonada lineal.
Ácido orgánico que generalmente contiene de 4 a 24 átomos de
carbono dispuestos en cadenas rectas, y que tienen una solubilidad
muy baja. En estado libre (no esterificado), aparece solamente en
trazas.
a. Definición
Ing. Eliana M. Cabrejos Barrios 14
1. ÁCIDO GRASO
Ejemplo:
CH3(CH2)16COOH (ácido esteárico)
La parte del triglicérido que varía tras
someterse a la hidrogenación, es la del ácido
graso. Por ese motivo, es muy importante
saber la composición exacta de éstos en el
aceite.
a. Definición
Ing. Eliana M. Cabrejos Barrios 15
1. ÁCIDO GRASO
b. Estructuras mas frecuentes
Saturadas
• Ácido Láurico CH3(CH2)10COOH C12:0
• Ácido Mirístico CH3(CH2)12COOH C14:0
• Ácido Palmítico CH3(CH2)14COOH C16:0
• Ácido Esteárico CH3(CH2)16COOH C18:0
• Ácido Araquídico CH3(CH2)18COOH C20:0
• Ácido Behenico CH3(CH2)20COOH C22:0
Esta nomenclatura, indica el número de carbonos que
contiene la molécula, y el número de dobles enlaces.
Ejemplo
C12:0 indica 12 carbonos en la molécula y cero dobles
enlaces.
Ing. Eliana M. Cabrejos Barrios 16
1. ÁCIDO GRASO
b. Estructuras mas frecuentes
Insaturadas
• Ácido Oleico : cis-9-octadecenoico
CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7 COOH C18:1
• Ácido Elaidico: trans-9-octadecenoico
CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7 COOH C18:1
• Ácido Linoleico: cis,cis-9-12-octadecadienoico
CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH-(CH2)7COOH C18:2
• Ácido Linolénico: cis,cis,cis-9-12-15-octadecatrienoico
CH3-CH2-CH=CH-CH2-CH=CHCH2CH=CH-(CH2)7COOH
C18:3
Ing. Eliana M. Cabrejos Barrios 17
1. ÁCIDO GRASO
c. Reactividad
La reactividad de un ácido graso no saturado es consecuencia de
la posición y el número de sus enlaces dobles: aumenta con el
número de dobles enlaces y con la distancia a lo largo de la
cadena.
d. Propiedades
i. Punto de fusión
El punto de fusión de los ácidos saturados presenta un
progresivo aumento con la longitud de la cadena carbonatada,
y como se observa en la tabla1, disminuye cuando el número de
dobles enlaces aumenta.
Ing. Eliana M. Cabrejos Barrios 18
d. Propiedades
ii. Oxidación
Nótese como a medida que aumenta la instauración de dobles
enlaces en cis, el punto de fusión disminuye, excepto en el
Ácido Elaidico. Esto ocurre porque el enlace trans es
termodinámicamente más estable que el cis, y eso hace
aumentar su punto de fusión.
Tabla 1. Puntos de fusión de los ácidos grasos libres.
Fuente: "Engelhard Corporation"[4]
Ácido graso saturado Punto de fusión (°C)
Ácido esteárico (C18:0) 70
Ácido oleico (C18:1) 16
Ácido elaidico (C18:1) 44
Ácido linolénico (C18:3) -5
Ing. Eliana M. Cabrejos Barrios 19
Se observa la localización del grupo metil entre los dobles enlaces.
Por este motivo, uno de los hidrógenos del grupo metil puede
reaccionar rápidamente con oxígeno, especialmente a altas
temperaturas para formar un hidroperóxido.
Este hidroperóxido inestable puede reaccionar con otros
componentes orgánicos (aldehídos, cetonas), que causan
problemas de color y olor, asociados con el enranciamiento.
Si analizamos la estructura del Ácido Linoleico:
Ing. Eliana M. Cabrejos Barrios 20
Consecuentemente, se puede decir que:
Ácido graso Número de enlaces dobles Relación de oxidación
Esteárico 0 1
Oleico 1 10
Linoleico 2 100
Linolénico 3 200
Relación de oxidación de los componentes del aceite
• Más grupos metil.
• Menor punto de fusión.
• Menor estabilidad.
• Mayor tendencia a la oxidación
• Al enranciamiento.
A mayor número
de dobles enlaces
Tabla 2. Relación de oxidación de los componentes del aceite. Fuente:
"Engelhard Corporation"
Ing. Eliana M. Cabrejos Barrios 21
e. Funciones fisiológicas
Principalmente, los ácidos grasos actúan como fuente de energía
primaria, como componentes de biomembranas y, en menor
proporción, como precursores de las prostaglandinas.
El Ácido Linolénico, a alta temperatura y en contacto con el aire,
es el culpable del enranciamiento del aceite.
La hidrogenación a la que será sometida el aceite, disminuirá o
eliminará el linolénico, aumentando la estabilidad del aceite y
eliminando el enranciamiento.
Ing. Eliana M. Cabrejos Barrios 22
2. TRIGLICERIDOS
a. Definición
Triéster compuesto por una molécula de glicerol y tres moléculas
de ácidos grasos. Es una clase de compuestos orgánicos, a la cual
pertenece el aceite.
Se produce por la reacción de un ácido carboxílico (ácido graso)
con un alcohol (en este caso la glicerina o glicerol) para dar tres
moléculas de agua y un triglicérido.
Ejemplo:
Ing. Eliana M. Cabrejos Barrios 23
a. Definición
Los tres ácidos grasos que componen un triglicérido, no tienen
porque ser iguales (triglicéridos simples), pueden ser todos
diferentes (triglicérido mixto), respecto a:
• La longitud de sus cadenas
• La saturación de las cadenas (insaturadas, saturadas,
polinsaturadas)
Dichos ácidos constituyen el 94-96% del peso total de la
molécula. Debido a este porcentaje y que comprenden la parte
activa de la molécula, es que los ácidos grasos ejercen una
marcada influencia sobre el carácter de los glicéridos.
Los triglicéridos aparecen en la naturaleza derivados de un
animal, o de un vegetal. En nuestro caso, al ser aceite de girasol el
que tratamos, será derivado de un vegetal.
Ing. Eliana M. Cabrejos Barrios 24
b. Propiedades
Sigue la misma tendencia que el ácido graso. El punto de fusión
aumenta, cuando los triglicéridos están más saturados. (Tabla 3)
i. Punto de fusión
Tabla 3. Propiedades de los triglicéridos y ácidos grasos.
Fuente " Engelhar Corporation"
Ing. Eliana M. Cabrejos Barrios 25
3. ÁCIDOS VEGETALES
a. Definición
Producto de la reacción química entre los ácidos grasos y el
glicerol. Son compuestos de cadenas largas de ésteres
(triglicéridos) con diferentes grados de instauración que afectan
directamente las propiedades físicas y/o químicas del aceite
(reactividad, punto de fusión, estado físico, etc.).
Existen muchos tipos de clasificaciones para los aceites, una de
ellas incluye al aceite de girasol en el grupo de los ácidos oleico-
linoleico. Se trata de aceites de origen vegetal.
Los ácidos grasos de los aceites de este grupo se distribuyen
formando solamente cantidades insignificantes de triglicéridos
totalmente saturados, en consecuencia, la mayor parte de los
miembros de este grupo, son líquidos, excepto a temperaturas muy
bajas.
Ing. Eliana M. Cabrejos Barrios 26
a. Definición
No son suficientemente insaturados como para tener propiedades
secantes y, por tanto, no se usan en pintura, ni para la preparación de
cubiertas protectoras.
Son excelentes aceites comestibles, que por no tener ácido
linolénico en gran cantidad u otros fuertemente insaturados, no
poseen una marcada tendencia a la reversión del sabor. Son
normalmente líquidos, se pueden transformar por hidrogenación, en
grasas plásticas con un alto grado de dureza deseado: de este modo,
el mismo aceite sirve para manufacturar grasas líquidas o plásticas.
Son demasiado insaturados para dar jabones de dureza y estabilidad
apropiadas; se puede hidrogenar, para dar grasas de dureza
adecuada para jabones, de manera que una pequeña cantidad de
estos aceites se usa regularmente para preparar jabones blandos y
para ser mezclados con grasas más duras.
Ing. Eliana M. Cabrejos Barrios 27
a. Definición
Los aceites de ácidos oleico - linoleico son grasas de precio medio,
algo más caras que los restantes aceites vegetales y grasas animales
, pero mucho más económicas que la mantequilla.
Los miembros más importantes de esta familia de grasas, aparte del
aceite de girasol son los aceites de: algodón, cacahuete, sésamo,
maíz, girasol, oliva y palma.
El aceite empleado en el proceso de hidrogenación, es el de girasol.
b. Origen
Se cree, que el auténtico girasol (Helianthus annuus), es originario
del sur de Estados Unidos y México, dónde se encontró creciendo
como maleza. En 1859, los españoles llevaron el girasol a España,
dónde se utilizaba como planta ornamental y desde dónde se
exportó a Europa.
Ing. Eliana M. Cabrejos Barrios 28
c. Composición y propiedades
El contenido en aceite de la semilla varía del 22 al 37%, pudiendo
alcanzar incluso el 45%.
La composición del aceite de girasol, varía dependiendo la zona
dónde se encuentre.
Este aceite, tiene la peculiaridad de reflejar la influencia del clima,
la temperatura, los factores genéticos y la posición de las semillas
en su composición. Esto significa, que según en que lugar crezca la
planta, puede ser que contenga mayor o menor cantidad de oleico,
linoleico.
Ejemplo
Un verano caluroso, en regiones del norte, puede hacer que
disminuya la cantidad de linoleico hasta un 40% y en Rusia, este
mismo ácido puede superar el 70%.
Ing. Eliana M. Cabrejos Barrios 29
c. Composición y propiedades
En estado bruto, tiene un color ámbar; cuando se refina, lo adquiere
amarillo pálido.
El aceite bruto contiene algunos fosfátidos y sustancias
muscilagenosas.
Su contenido en ácidos grasos libres se encuentra alrededor del
0.5%.
Su olor típico desagradable se elimina completamente por
desodorización con vapor.
Ing. Eliana M. Cabrejos Barrios 30
Tabla 5. Composición del aceite de girasol. Fuente: "Sigma-Aldrich
Química, S.A"
Ing. Eliana M. Cabrejos Barrios 31
Tabla 5. Composición del aceite de girasol. Fuente: "Sigma-Aldrich
Química, S.A"
Ing. Eliana M. Cabrejos Barrios 32
top related