introduccion materias primas oleoginosas

32
Fuentes oleoginosas Ing. Eliana M. Cabrejos Barrios 1 MATERIAS PRIMAS OLEOGINOSAS

Upload: jose-romero-cojal

Post on 31-Jan-2016

224 views

Category:

Documents


0 download

DESCRIPTION

industria de alimentos

TRANSCRIPT

Page 1: Introduccion Materias Primas Oleoginosas

Fuentes oleoginosas

Ing. Eliana M. Cabrejos Barrios 1

MATERIAS PRIMAS OLEOGINOSAS

Page 2: Introduccion 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

Page 3: Introduccion Materias Primas Oleoginosas

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.

Page 4: Introduccion Materias Primas Oleoginosas

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.

Page 5: Introduccion Materias Primas Oleoginosas

Ing. Eliana M. Cabrejos Barrios 5

Fig.2, El papel del aceite de girasol dentro de la producción mundial de

aceites vegetales.

Page 6: Introduccion Materias Primas Oleoginosas

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.

Page 7: Introduccion Materias Primas Oleoginosas

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).

Page 8: Introduccion Materias Primas Oleoginosas

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

Page 9: Introduccion Materias Primas Oleoginosas

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.

Page 10: Introduccion Materias Primas Oleoginosas

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

Page 11: Introduccion Materias Primas Oleoginosas

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

Page 12: Introduccion Materias Primas Oleoginosas

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

Page 13: Introduccion Materias Primas Oleoginosas

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

Page 14: Introduccion Materias Primas Oleoginosas

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

Page 15: Introduccion Materias Primas Oleoginosas

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.

Page 16: Introduccion Materias Primas Oleoginosas

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

Page 17: Introduccion Materias Primas Oleoginosas

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.

Page 18: Introduccion Materias Primas Oleoginosas

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

Page 19: Introduccion Materias Primas Oleoginosas

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:

Page 20: Introduccion Materias Primas Oleoginosas

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"

Page 21: Introduccion Materias Primas Oleoginosas

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.

Page 22: Introduccion Materias Primas Oleoginosas

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:

Page 23: Introduccion Materias Primas Oleoginosas

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.

Page 24: Introduccion Materias Primas Oleoginosas

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"

Page 25: Introduccion Materias Primas Oleoginosas

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.

Page 26: Introduccion Materias Primas Oleoginosas

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.

Page 27: Introduccion Materias Primas Oleoginosas

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.

Page 28: Introduccion Materias Primas Oleoginosas

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%.

Page 29: Introduccion Materias Primas Oleoginosas

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.

Page 30: Introduccion Materias Primas Oleoginosas

Ing. Eliana M. Cabrejos Barrios 30

Tabla 5. Composición del aceite de girasol. Fuente: "Sigma-Aldrich

Química, S.A"

Page 31: Introduccion Materias Primas Oleoginosas

Ing. Eliana M. Cabrejos Barrios 31

Tabla 5. Composición del aceite de girasol. Fuente: "Sigma-Aldrich

Química, S.A"

Page 32: Introduccion Materias Primas Oleoginosas

Ing. Eliana M. Cabrejos Barrios 32