Termodinámica Tema 3

UNIVERSIDAD DE SANTANDER
PROGRAMA DE INGENIERIA AMBIENTAL UDES
GUIA DE LABORATORIO 3
OBTENCIÓN DEL ACEITE DE SOYA
NOMBRE:______________________________________________CÓDIGO:__________
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Preguntas para Pre-Informe
1. Introducción*
La extracción del aceite de las semillas y de los frutos oleaginosos, para su
transformación y conservación con fines alimentarios, tiene un origen remoto.
En efecto, desde los tiempos más antiguos las comunidades humanas tuvieron
que recurrir a los aceites o las grasas, según las latitudes para cubrir
necesidades alimenticias de protección corporal y de iluminación.
Industria de los Aceites de Semillas
Las semillas oleaginosas, cuando están bien secas, al igual que cualquier otro tipo de
semillas, no presentan dificulatdes de recolección, transporte ni conservación; en efecto,
al contrario de las aceitunas, y por tener cáscara bastante dura, resisten bien a las
manipulaciones a las que se las someta.
Operaciones Previas a la Extracción del Aceite
La primera de las operaciones consiste en la limpieza, y su finalidad estriba en separa la
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semilla de cualquier tipo de impureza que la puedan acompañar; según la naturaleza de
estas impurezas, se utilizan máquinas de diferentes tipos: unas basadas en las diferencias
de pesos de las semillas oleaginosa y los cuerpos extraños (ventiladores), otras en la
diferencia de volúmenes (tamices), otras en la diferencia de forma (calibradores), otras
en la misma naturaleza de las partículas extrañas (ej: si se trata de cuerpos de origen
ferroso se extraen mediante el uso de electroimanes), etc.
Una vez obtenida la separación de las impurezas, se procede a iniciar la fase de
preparación
propiamente
dicha,
cuyas
operaciones
fundamentales
son:
descortezamiento, acondicionamiento y trituración.
El descortezamiento se lleva a cabo para romper la cáscara o la membrana seminal
protectora sin perjudicar la almendra que contienen, operación a veces difícil por la gran
adherencia de algunos revestimientos de almendra. Luego, mediante algunas corrientes
de aire, por cribado o por flotación se procede a separar los fragmentos de la corteza.
El acondicionamiento mediante calor tiene por objeto proporcionar a las semillas la
humedad óptima para facilitar la extracción. El contenido acuoso de una semilla
oleaginosa madura, tras su desecación natural completa, es de 8%; sin embargo, si la
recolección se efectúa en condiciones climáticas adversas, dichas semillas podrían
contener mayor proporción de humedad teniendo que recurrir a los secadores. La
desecación alcanza gran importancia cuando la extracción del aceite se hace mediante
disolventes.
La trituración de las semillas es la más importante de las operaciones que corresponden
al ciclo preparatorio para la extracción de la grasa. Su finalidad consiste en romper las
células oleíferas, en general muy resistentes. La trituración se efectúa mediante diversas
clases de máquinas: trituradoras de cilindros dentados, acanalados y lisos, machacadoras,
etc.
La soya es una de las leguminosas más conocidas por el hombre, originaria de
Asia, como alimento es uno de los más completos que existen por ser rica en
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aminoácidos, proteínas y carbohidratos, además de esto el gran crecimiento de
su cultivo se debe a que esta leguminosa contiene apreciables cantidades de
aceite, para el cual se encuentran cada día mayores aplicaciones como aceite
secante para uso de pinturas, lacas y barnices, fabricación de lecitina,
fabricación de margarina, etc.
El proceso de las semillas de soya para extraer su aceite en América se inició desde hace
unos 45 años. Los tipos de procesos utilizados para esta operación son prensa hidraúlica,
extracción por comprensión por tornillo, llamada también extracción por expeller y la
extracción con solvente.
Extracción Mediante Disolventes
El primer intento de emplear disolventes orgánicos para extraer el aceite de las
semillas lo llevó a cabo en francés Deiss (1856) quien utilizó sulfuro de carbono;
posteriormente, en 1864, se empleó gasolina y, en 1905, el tricloroetileno o
trielina, que durante bastante tiempo fue el disolvente de mayor uso debido a su
incombustibilidad.
La amplia experiencia industrial adquirida, especialmente a partir del análisis de las
características de los aceites extraídos con diferentes disolventes, ha extendido el uso en
una gran escala del llamado hexano comercial; entre todos los disolventes conocidos,
este presenta, frente al inconveniente de su inflamabilidad, las siguientes ventajas: es el
más selectivo; puede recuperarse fácilmente de la mezcla aceite-disolvente por su bajo
punto de ebullición (60-70ºC); no deja olores desagradables en el aceite ni en la torta; no
perjudica por corrosión a las instalaciones; carace de peligros su transporte y
almacenamiento; se puede adquirir en el comercio a un mordico precio; su composición
es constante, y no presenta fenómenos de auto-ignición. El hexano comercial es una
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mezcla de hidrocarburos de origen petroquímico con 30-50% de hexano.
La mezcla de aceite-disolvente, más o menos rica en el primer componente, según el
sistema de extracción empleado para obtenerla, se somete a una filtración con el objeto
de eliminar el polvillo de los disolventes mediante filtros a presión de cierre hermético;
existen dispositivos para la recuperación del disolvente retenido por las telas filtradoras.
A la filtración le sigue la destilación para separar el aceite del disolvente: en torres
superpuestas o en burbujeo, mediante la separación con vapor de agua, se procura
eliminar hasta las últimas trazas de disolvente. Aparte, se procede a la recuperación del
disolvente contenido en el material sólido agotado por la evaporación en vacío o por
destilación en corriente de vapor.
La extracción del aceite con disolvente es tanto más costosa cuanto menor es la cantidad
de aquél presente en la materia prima; en sentido opuesto, existe también un contenido
máximo de aceite rebasado el cual no se tiene ya rentabilidad. En el aspecto cualitativo,
los aceites obtenidos con disolventes tienen, con diferencia a los obtenidos por presión,
un color más oscuro y menos brillante, son más ricos en sustancias sulfuradas cuando
provienen de semillas de Crucíferas, y en tocoferoles y presentan una acidez libre más
baja si la separación del disolvente se efectúa en el vacío y a baja temperatura.
Refinación de Aceites
Los aceites de semillas, tanto los obtenidos a presión como los disolventes, se
someten en general a procesos de refinación con el fin de hacerlos aptos para la
alimentación o parta el uso industrial. La refinación tiene por objeto eliminar los
defectos del sabor, olor, color y composición derivados de la materia prima,. O
bien de alteraciones físicas, fisicoquímicas o químicas. Se trata de u proceso
industrail
que
incluye
diversas
fases:
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desmucilaginación,
decoloración,
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desodoración y en algunos casos hidrogenación y desmargarinación.
La desmucilaginación tiene por objeto eliminar los fosfátidos, los mucilagos, las
proteínas, las materias gomosas y los compuestos presentes en los aceites; es
decir, consiste en proceder a la hidratación de esas sustancias para hacerlas
insolubles y poder separarlas del aceite con facilidad, utilizando para ello el
agua caliente el cloruro sódico en disolución y ácido sulfúrico.
La desacidificación tiene por objeto separar del aceite los ácidos grasos libres
que contiene;
puede efectuarse mediante la neutralización con álcalis, por
destilación, por neutralización con álcalis en disolventes, mediante la acción de
agentes tensoactivos y por esterificación.
La neutralización con álcalis es el método más antiguo y difundido; consiste en
agregar al aceite, depositado en recipientes de forma troncónica invertida,
calentado a 60-70ºC y mantenido en agitación, sosa cáustica a 20-25ºBé en
cantidad lijeramente superior a la cantidad de aceite que se obtendrá.
La decoloración tiene por objeto eliminar de los cuerpos grasdos las sustancias
colorantes
(carotenos,
clorofila
y
sus
correspondientes
productos
de
degradación) que proporcionan al producto un color poco agradable.
El método de decoloración adaptado a la industria oleícola es de carácter físico
y se funda en el empleo de sustancias dotadas de gran actividad superficial
(carbones activados y tierras de blanqueo).En general, el materia que se emplea
para la decoloración suele ser una mezcla de arcillas del tipo montmorillonita,
activadas con ácido suñfúico y ácido clorhídrico y carbón activo; la relación entre
la proporción de la tierra y la del carbón suele ser de 10:1-20:1, en general la
cantidad es de 1-2kg de tierra por cada 100kg de aceite. La materia decolorante
llega al aceite a través de un conducto; la depresión existente en la decoloración
favorece su transferencia al aceite.
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La desodorización trata de separar por destilación todas las sustancias que
comunican al aceite sabores y olores desagradables. En general, son
sustancias constituidas por cetonas, aldehídos, ácidos grasos con reducido
número de átomos de carbono y a veces como en el caso de los aceites de
Crucíferas, compuestos volátiles que contiene azufre. El aceite se calienta
primero a 170-230ºC mediante vapor indirecto y por tanto es embestido
directamente por una corriente de vapor con la misma temperatura del aceite,
que proviene del fondo del recipiente, mientras que en su parte superior se
efectúa al mismo tiempo una fuerte aspiración para expulsar al vapor que
después de atravesar toda la masa llega a uno o más condensadores
barométricos en los que se produce la condensación de las sustancias
separadas. La operación desodorante
termina en 5-7 horas procediéndose
entonces a enfriar la masa mantenida bajo aspiración mientras dura el
enfriamiento. Las instalaciones pueden ser discontinuas o continuas.
Finalmente, algunos aceites con abundantes glicéridos cuyos puntos de
solidificación son elevados, como ocurre con el aceite de orujo de oliva se
someten a una desmargarinación o desetearinación, con el fin de evitar su
enturbiamineto cuando se envían al consumo durante las estaciones frías. La
operación consiste en enfría rápidamente el aceite hasta 5-8ºC, para que se
solidifiquen los glicéridos de mayor grado de saturación; sigue la maduración
que consiste que consiste en mantener el aceite a dicha temperatura durante
cierto tiempo (36 horas) de modo que en la filtración siguiente la fracción de
glicéridos al solidificarse se separe con facilidad del aceite líquido.
FACTORES QUE INFLUYEN EN LA VELOCIDAD DE EXTRACCIÓN
1. Tamaño de partículas
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El tamaño de partículas tiene bastante influencia en la velocidad de extracción,
de varias maneras. Mientras mas pequeño es su tamaño, mayor es el área
interfacial entre el sólido y el líquido y por consiguiente, es mayor la
transferencia de material. Por otra parte, la superficie puede no ser tan
efectivamente usada con un material muy fino si la circulación de líquido es
impedida y la separación de las partículas desde el líquido y el drenaje del
residuo sólido, son difíciles. Generalmente, es deseable que el rango de tamaño
de partículas sea tan pequeño, que cada partícula requiera aproximadamente el
mismo tiempo para la extracción y, en particular, se evita la producción de
material muy fino, ya que al introducirse en los intersticios de las partículas muy
grandes, impide el flujo de solvente.
2. Solvente
El líquido escogido debe ser un buen solvente selectivo y su viscosidad debe
ser lo suficientemente baja para circular libremente a través del material.
Generalmente al principio de la operación se usa un solvente relativamente
puro, pero a medida que progresa la extracción, la concentración de soluto
aumenta y la velocidad de extracción disminuye progresivamente, debido en
primer lugar, a que disminuye el gradiente de concentración y, por otra parte, a
que la solución se hace mas viscosa.
3. Temperatura
En la mayor parte de los casos, la extractabilidad de un material soluble
aumenta con la temperatura, para dar una mayor velocidad de extracción.
Posteriormente, puede esperarse que el coeficiente de difusión sea mayor al
aumentar la temperatura, lo cual beneficiará la velocidad de extracción. En
algunos casos, el límite máximo de temperatura está determinado por
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consideraciones secundarias, tales como la necesidad de impedir acción
enzimática durante la extracción de un soluto.
2. Competencias
2.1 Competencia general

2.2 Competencias específicas

3. Lista de Equipos
3.1. Lista de materiales y reactivos
-
Aparato Soxhlet :Balón fondo redondo de 500ml, Cilindro, Refrigerante.
-
Papel filtro No.40.
-
Balanza Analítica.
-
Hexano ( 400ml)
-
Semillas de soya trituradas por debajo de malla No.20.
-
Condensador de bolas de 12”.
-
Probeta graduadoa de 100ml.
-
Plancha de calentamiento.
4. Metodología
El sistema utilizado para la obtención del aceite de Soya es la Extracción
Soxhlet , esta es una extracción de contacto simple, en
esta operación la
cantidad total de solvente utilizada se divide en varias porciones. El alimento
que se somete a extracción, es extractado sucesivamente con cada una de las
porciones de solvente fresco. A medida que aumenta el número de etapas y la
cantidad de solvente, aumenta también el porcentaje de solvente extraído con lo
cual la extracción no estaría controlada entre las relaciones de equilibrio entre
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solvente y soluto; pero en esta forma , con una cantidad especifica de solvente
se necesitaría un número infinito de etapas para alcanzar una
buena
extracción, de modo que el proceso depende de factores económicos como
hasta qué punto es ventajoso un gran número de etapas o una cierta cantidad
de solvente. Este método puede efectuarse en forma intermitente con un
mezclador sencillo y unidades de sedimentación, o en forma continua con una
serie de estas unidades.
1. Lavar perfectamente todo el aparato de extracción, lo cual se complementó
usando solvente para quitar todo vestigio de materias grasas.
2. Con ayuda de un papel filtro (previamente pesado) pesar 20 gramos de
aceite de Soya.
3. Las semillas de Soya se introducen en el cilindro del aparato Soxhlet
envueltas en papel filtro.
4. Medir con exactitud con ayuda de una probeta, 400ml de hexano, que fueron
agregados dentro del balón fondo redondo.
5. El sistema de extracción se instalará como el indicado en la figura 1 y se
procederá a calentamiento constante a 100ºC.
Figura 1. Aparato de Extracción Soxhlet
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6. Después de doce (12) horas de extracción, el será fue desarmado y
conectado el balón al refrigerante para evaporar por medio de reflujo el
solvente aproximadamente 3 horas.
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Examen escrito (en los primeros 10 min de la clase). Valor 10%.
Pre Informe. Valor: 30%.
El estudiante, deberá preparar adecuadamente la metodología experimental
para desarrollar la práctica. Además, deberá ser capaz de escribir un informe
que refleje, concretamente, el análisis de los resultados obtenidos durante la
práctica. Valor: 60%.
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Evaluación/Autoevaluación
Bibliografía
AVERANGA, M. Física general.. Editoral Mc Graw Hill. 2001.
BROCA L. Química en el Laboratorio. Editorial Prentice Hall. 2007.
CAICEDO, Juan. Química Investiguemos. sexta edición. Editorial Voluntad. 1988.
pp.192.
DREW H. Wolfw. Química General, orgánica y biológica. . Editorial Mc Graw Hill.
2004.
TEIJON, J. La química en problemas. Segunda edición. Editorial Teber Flores
España. 2002. pp.470.
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