universidad central del ecuador facultad de ingeniería química
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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA OBTENCIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE UN ACEITE VEGETAL A NIVEL DE LABORATORIO A PARTIR DE LA FRUTA AMAZÓNICA MORETE TRABAJO DE GRADO PARA LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERA QUÍMICA AUTORA: GLENDA DALILA ANDRADE VIÑAN TUTOR: ING. SERGIO HOMERO MEDINA ROMO QUITO 2015 APROBACIÓN DEL TUTOR En calidad de Tutor del Trabajo de Grado, titulado “OBTENCIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE UN ACEITE VEGETAL A NIVEL DE LABORATORIO A PARTIR DE LA FRUTA AMAZÓNICA MORETE”, me permito certificar que el mismo es original y ha sido desarrollado por la Señorita GLENDA DALILA ANDRADE VIÑAN, bajo mi dirección y conforme a todas las observaciones realizadas, considero que el trabajo está concluido y tiene mi aprobación. En la ciudad de Quito, a los 13 días del mes de Julio de 2015 PROFESOR TUTOR ii AUTORIZACIÓN DE LA AUTORÍA INTELECTUAL Yo, Glenda Dalila Andrade Viñan en calidad de autora de la tesis realizada sobre “OBTENCIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE UN ACEITE VEGETAL A NIVEL DE LABORATORIO A PARTIR DE LA FRUTA AMAZÓNICA MORETE”, por la presente autorizo a la UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR, hacer uso de todos los contenidos que me pertenecen o de parte de los que contiene esta obra, con fines estrictamente académicos o de investigación. Los derechos que como autora me corresponden, con excepción de la presente autorización, seguirán vigentes a mi favor, de conformidad con lo establecido en los artículos 5, 6, 8, 19 y demás pertinentes de la Ley de Propiedad Intelectual y su Reglamento. Quito, a los 13 días del mes de Julio del 2015 Glenda Dalila Andrade Viñan C.C.: 1600361016 [email protected] iii DEDICATORIA A mis padres y a todos los que me apoyaron para escribir y concluir este trabajo de titulación. iv AGRADECIMIENTOS Sobre todo a Dios por siempre bendecirme e iluminar mi camino. A toda mi familia, hermanas y en especial a mis padres, que me han brindado su apoyo absoluto e incondicional para terminar mi carrera profesional con éxito, gracias por creer en mí. A la Universidad Central del Ecuador y sobre todo a mi querida Facultad de Ingeniería Química, por permitirme estudiar en sus aulas y por toda la formación recibida. A mis profesores por haberme formado académica y moralmente para culminar el reto de convertirme en Ingeniera Química. A Sergio Medina, Ingeniero Químico, docente y mi tutor de tesis, por su ayuda, comprensión, paciencia y su guía en la elaboración del presente trabajo de titulación. Al Dr. Julio Vargas Burgos Ph.D, Rector de la Universidad Estatal Amazónica, por haber permitido la utilización de las instalaciones de tan prestigiosa institución y así poder realizar la parte experimental de mi trabajo. A Derwin Viáfara, Ingeniera Química y Coordinadora del Laboratorio de Bromatología de la Universidad Estatal Amazónica; y de igual manera a Jorge Reyes, Ingeniero Químico y Coordinador del Laboratorio de Ambiente de la Universidad Estatal Amazónica, quienes de forma desinteresada me han brindado su ayuda, consejos y con sus conocimientos y experiencia me han sabido orientar en la elaboración de mi trabajo, mil gracias Ingenieros. A Danny Toapanta por ser fuente de inspiración y apoyo en mi vida personal y en todos estos años de carrera. A mis amigos, muchas gracias por estar con migo siempre. Glenda Andrade v CONTENIDO Pág. LISTA DE FIGURAS ................................................................................................................ xi LISTA DE CUADROS ............................................................................................................. xii LISTA DE TABLAS................................................................................................................ xiii LISTA DE GRÁFICOS .............................................................................................................xv LISTA DE ANEXOS ................................................................................................................xvi RESUMEN ............................................................................................................................. xvii ABSTRACT ........................................................................................................................... xviii INTRODUCCIÓN .......................................................................................................................1 1. PALMA DE MORETE ............................................................................................................4 1.1. Descripción de la palma .......................................................................................................4 1.2. Descripción del fruto ............................................................................................................6 1.3. Usos .....................................................................................................................................7 1.4. Propiedades fisicoquímicas y nutrición ................................................................................8 1.4.1. Humedad ...........................................................................................................................8 1.4.2. Cenizas ..............................................................................................................................8 1.4.3. Proteínas ...........................................................................................................................9 1.4.4. Extracto etéreo o contenido de aceite.................................................................................9 1.4.5. Fibra cruda ........................................................................................................................9 1.4.6. Nutrición ............................................................................................................................9 1.5. Cosecha ..............................................................................................................................10 1.6. Producción y comercialización ...........................................................................................10 1.6.1. Producción y comercialización internacional. .................................................................10 1.6.2. Producción y comercialización en el Ecuador .................................................................11 2. ACEITE .................................................................................................................................12 2.1. Generalidades .....................................................................................................................12 2.2. Estructura y composición química......................................................................................13 vi 2.2.1. Triglicéridos ....................................................................................................................13 2.2.2. Ácidos grasos ..................................................................................................................14 2.2.3. Ácidos grasos libres .........................................................................................................20 2.2.4. Otros componentes. .........................................................................................................20 2.3. Características fisicoquímicas de los aceites ......................................................................21 2.3.1. Densidad. ........................................................................................................................21 2.3.2. Acidez. .............................................................................................................................22 2.3.3. Índice de peróxido ...........................................................................................................22 2.3.4. Índice de saponificación ..................................................................................................23 2.3.5. Índice de yodo .................................................................................................................23 2.4. Métodos de extracción de un aceite ....................................................................................24 2.4.1. Extracción por prensado .................................................................................................24 2.4.2. Extracción por solventes .................................................................................................25 2.4.3. Extracción con fluidos supercríticos. ..............................................................................26 2.5. El aceite en la nutrición ......................................................................................................27 2.6. Aplicaciones de los aceites vegetales .................................................................................29 3. EXTRACCIÓN SÓLIDO- LÍQUIDO ....................................................................................31 3.1. Generalidades ......................................................................................................................31 3.2. Fundamento ........................................................................................................................32 3.3. Factores que intervienen en la extracción ...........................................................................32 3.4. Métodos de cálculo de la extracción sólido-líquido ............................................................35 3.4.1. Extracción contacto sencillo. ...........................................................................................35 3.5. Rendimiento ........................................................................................................................36 4. EXPERIMENTACIÓN ..........................................................................................................37 4.1. Diseño Experimental ..........................................................................................................37 4.2. Materiales y Equipos ..........................................................................................................37 4.3. Sustancias y reactivos .........................................................................................................39 4.4. Procedimientos y métodos ..................................................................................................40 4.4.1. Pruebas preliminares para la determinación de la materia prima a utilizar en la extracción de aceite ...........................................................................................................40 4.4.2. Procedimiento definitivo para la obtención de materia prima utilizada en la extracción del aceite crudo de pulpa de morete .........................................................................40 4.4.2.1. Clasificación de los frutos ............................................................................................42 4.4.2.2. Lavado de los frutos .....................................................................................................42 vii 4.4.2.3. Despulpado de los frutos ..............................................................................................42 4.4.2.4. Secado de materia prima ..............................................................................................42 4.4.2.5. Molienda de la materia prima ......................................................................................43 4.4.3. Caracterización de la materia prima...............................................................................43 4.4.3.1. Determinación del tamaño y proporciones del fruto ....................................................44 4.4.3.2. Determinación de la Humedad .....................................................................................44 4.4.3.3. Determinación de Fibra Cruda ....................................................................................44 4.4.3.4. Determinación del Extracto Etéreo o Contenido de Aceite ..........................................44 4.4.3.5. Determinación de ceniza ...............................................................................................44 4.4.3.6. Determinación de proteína ............................................................................................44 4.4.4. Definición de las variables de extracción del aceite de morete .......................................45 4.4.4.1. Procedimiento para la evaluación del parámetro tiempo de extracción ......................45 4.4.4.2. Procedimiento para la evaluación del parámetro tamaño de partícula .......................47 4.4.4.3. Procedimiento para la evaluación del parámetro relación soluto/solvente ..................49 4.4.5. Recuperación del solvente ...............................................................................................51 4.4.6. Calidad del Aceite obtenido. ............................................................................................52 4.4.6.1. Densidad ......................................................................................................................52 4.4.6.2. Índice de Acidez ...........................................................................................................52 4.4.6.3. Índice de Peróxidos ......................................................................................................52 4.4.6.4. Índice de Saponificación ..............................................................................................52 4.4.6.5. Índice de Yodo ..............................................................................................................52 4.4.7. Análisis estadístico ..........................................................................................................52 5. DATOS, CÁLCULOS Y RESULTADOS .............................................................................55 5.1. Pruebas preliminares para la determinación de la materia prima a utilizar en la extracción de aceite ...........................................................................................................55 5.1.1. Datos experimentales para la determinación del contenido de aceite de la pulpa, cáscara y mezcla de pulpa más cáscara del fruto morete ..........................................................55 5.1.2. Cálculo de la determinación del contenido de aceite de la pulpa, cáscara y mezcla de pulpa más cáscara del fruto morete ...........................................................................56 5.1.3. Resultados de la determinación del contenido de aceite de la pulpa, cáscara y mezcla de pulpa más cáscara del fruto morete...........................................................................57 5.1.4. Análisis estadístico de los resultados del contenido de aceite de la pulpa, cáscara y mezcla de pulpa más cáscara del fruto morete...........................................................................57 5.2. Evaluación del secado de la materia prima .........................................................................58 5.2.1. Resultados del secado de la materia prima .....................................................................59 5.2.2. Construcción de Curvas de secado de la materia prima .................................................62 viii 5.3. Evaluación de las propiedades fisicoquímicas de la materia prima ....................................63 5.3.1. Datos experimentales para las propiedades fisicoquímicas de la materia prima ............63 5.3.2. Cálculo de las propiedades fisicoquímicas de la materia prima .....................................65 5.3.3. Resultados de las propiedades fisicoquímicas de la materia prima. ...............................71 5.4. Evaluación de los parámetros de tiempo, tamaño de partícula y relación soluto/solvente en el proceso de extracción ................................................................................74 5.4.1. Datos experimentales para la evaluación de los parámetros en el proceso de extracción ...................................................................................................................................74 5.4.2. Cálculos para la evaluación de los parámetros de extracción. ........................................76 5.4.2.1. Cálculo de la masa de aceite extraída ..........................................................................76 5.4.2.2. Cálculo del porcentaje de aceite obtenido ....................................................................76 5.4.2.3. Cálculo del rendimiento del proceso ............................................................................77 5.4.3. Resultados de la evaluación de los parámetros de extracción.........................................77 5.4.4. Análisis estadístico de los resultados de la evaluación de los parámetros de extracción ...................................................................................................................................81 5.4.5. Construcción de diagramas de la evaluación de los parámetros de extracción ..............84 5.5. Obtención del aceite de morete a las mejores condiciones de extracción ...........................89 5.5.1. Datos experimentales para el proceso de extracción de aceite de morete .......................89 5.5.2. Datos adicionales para el proceso de extracción de aceite de morete .............................90 5.5.3. Cálculos para el proceso de extracción del aceite de morete ..........................................90 5.5.3.1. Balance de masa...........................................................................................................91 5.5.3.2. Cálculo del aceite obtenido ...........................................................................................94 5.5.3.3. Cálculo del rendimiento del proceso ............................................................................94 5.5.4. Resultados del proceso de extracción de aceite de morete ..............................................95 5.6. Evaluación de la calidad del aceite de morete obtenido......................................................95 5.6.1. Datos experimentales para las propiedades fisicoquímicas del aceite ...........................95 5.6.2. Cálculos de las propiedades fisicoquímicas del aceite de morete ....................................97 5.6.3. Resultados de las propiedades fisicoquímicas del aceite ...............................................100 5.6.4. Comparación de los análisis de calidad del aceite de morete obtenido con las normas A.O.C.S. y CODEX STAN ............................................................................................102 5.6.5. Resultados del perfil de ácidos grasos del aceite de morete ..........................................104 5.7. Análisis económico general ...............................................................................................106 5.8. Impacto ambiental de extracción por solventes .................................................................108 6. DISCUSIÓN DE RESULTADOS........................................................................................110 6.1. Pruebas preliminares .........................................................................................................110 ix 6.2. Materia prima ...................................................................................................................110 6.3. Caracterización fisicoquímica de la pulpa de morete........................................................110 6.4. Rendimiento y parámetros de extracción ..........................................................................111 6.5. Extracción de aceite .........................................................................................................112 6.6. Calidad del aceite .............................................................................................................113 7. CONCLUSIONES ...............................................................................................................115 8. RECOMENDACIONES ......................................................................................................117 CITAS BIBLIOGRÁFICAS ....................................................................................................118 BIBLIOGRAFÍA .....................................................................................................................122 ANEXOS .................................................................................................................................124 x LISTA DE FIGURAS Pág. Figura 1. Planta y racimo de Morete ............................................................................................6 Figura 2. Fruto morete ..................................................................................................................7 Figura 3. Comparación entre el contenido de vitamina A del morete con otros alimentos .........10 Figura 4. Reacción de formación de un triglicérido....................................................................13 Figura 6. Ejemplo de un ácido graso .........................................................................................14 Figura 7. Preponderancia ponderal de un triglicérido .................................................................14 Figura 8. Estructura de un ácido graso saturado ........................................................................15 Figura 9. Estructura de un ácido graso insaturado .....................................................................16 Figura 10. Ejemplo de un ácido graso mono-insaturado y poliinsaturado .................................16 Figura 11. Tipos de ácidos grasos insaturados según la estructura de los enlaces dobles cis y trans ........................................................................................................................17 Figura 12. Principales ácidos grasos...........................................................................................18 Figura 13. Equipo de extracción soxhlet ....................................................................................26 Figura 14. Extracción por fluidos supercríticos ..........................................................................27 Figura 15. Esquema de extracción sólido – líquido ....................................................................31 Figura 16. Diagrama de extracción en contacto sencillo ............................................................35 Figura 17. Diagrama de flujo del procedimiento de obtención de la materia prima para la extracción de aceite crudo de pulpa de morete................................................................41 Figura 18. Diseño experimental para la evaluación del parámetro tiempo de extracción del aceite de pulpa de morete .....................................................................................................46 Figura 19. Diseño experimental para la evaluación del parámetro tamaño de partícula en la extracción de aceite de pulpa de morete.............................................................................48 Figura 20. Diseño experimental para la evaluación del parámetro relación soluto/solvente en la extracción de aceite de pulpa de morete.............................................................................50 Figura 21. Diagrama de flujo de la extracción sólido-líquido a las condiciones óptimas de extracción ...................................................................................................................................91 Figura 22. Diagrama de flujo de la extracción sólido-líquido a las condiciones óptimas de extracción con todas las corrientes de entrada y de salida ..........................................................93 xi LISTA DE CUADROS Pág Cuadro 1. Ejemplos de ácidos grasos saturados e insaturados ....................................................19 Cuadro 2. Clasificación de los aceites según el índice de yodo ..................................................24 xii LISTA DE TABLAS Pág. Tabla 1. Tamices escogidos para el proceso de tamizado ...........................................................49 Tabla 2. Algoritmo de cálculo para el análisis de varianza de un factor .....................................53 Tabla 3. Datos experimentales para la determinación del contenido de aceite del fruto morete ........................................................................................................................................55 Tabla 4. Resultados del contenido de aceite de la pulpa, cáscara y mezcla de pulpa más cáscara del fruto morete .............................................................................................................57 Tabla 5. Análisis estadístico para el contenido de aceite de la pulpa, cáscara y la mezcla pulpa más cáscara .......................................................................................................................58 Tabla 6. Resultados del cálculo de humedad en base húmeda y en base seca T=50°C ...............59 Tabla 7. Resultados del cálculo de humedad en base húmeda y en base seca T=60°C ...............59 Tabla 8. Resultados del cálculo de humedad en base húmeda y en base seca T=70°C ...............60 Tabla 9. Resultados del cálculo de humedad en base húmeda y en base seca T=80°C ...............60 Tabla 10. Resultados del cálculo de humedad en base húmeda y en base seca T=90°C .............61 Tabla 11. Resultados del cálculo de humedad en base húmeda y en base seca T=100°C ...........61 Tabla 12. Observaciones del proceso de secado a 50, 60, 70, 80, 90 y 100 °C ...........................62 Tabla 13. Datos experimentales para la determinación del tamaño y peso del fruto...................63 Tabla 14. Datos experimentales para la determinación de la humedad.......................................64 Tabla 15. Datos experimentales para la determinación de la fibra cruda ....................................64 Tabla 16. Datos experimentales para la determinación del contenido de aceite .........................65 Tabla 17. Datos experimentales para la determinación de la ceniza ...........................................65 Tabla 18. Datos experimentales para la determinación de la proteína bruta ...............................65 Tabla 19. Resultados del tamaño promedio del fruto: largo y ancho ..........................................72 Tabla 20. Resultados de la proporción de la pulpa, cáscara y pepa del fruto ..............................72 Tabla 21. Resultados promedio de las propiedades fisicoquímicas de la pulpa de morete en base seca ................................................................................................................................72 Tabla 22. Resultados de la caracterización de la pulpa de morete en base seca ..........................73 Tabla 23. Datos experimentales para la evaluación del parámetro tiempo de extracción ...........74 xiii Tabla 24. Datos experimentales para la evaluación del parámetro tamaño de partícula de pulpa ......................................................................................................................................75 Tabla 25. Datos experimentales para la valuación del parámetro relación soluto/solvente ........75 Tabla 26. Resultados del cálculo de la cantidad de aceite extraído y rendimiento del proceso variando el tiempo de extracción ..................................................................................78 Tabla 27. Resultados del cálculo de la cantidad de aceite obtenido y rendimiento del proceso variando el tamaño de partícula en la extracción ...........................................................79 Tabla 28. Resultados del cálculo de la cantidad de aceite obtenido y del cálculo del rendimiento del proceso variando la relación soluto/solvente ...................................................80 Tabla 29. Análisis estadístico para el parámetro tiempo de extracción.......................................82 Tabla 30. Análisis estadístico para el parámetro tamaño de partícula de pulpa ..........................83 Tabla 31. Análisis estadístico para el parámetro relación soluto/solvente ..................................84 Tabla 32. Mejores condiciones de extracción .............................................................................89 Tabla 33. Datos experimentales para la determinación de las corrientes de entrada y salida, cantidad de aceite obtenido y rendimiento de la extracción de aceite de morete ..........89 Tabla 34. Datos de la densidad del solvente: éter de petróleo ....................................................90 Tabla 35. Resultados del proceso de extracción del aceite de morete .........................................95 Tabla 36. Datos experimentales para la determinación de la densidad por el método del picnómetro .................................................................................................................................95 Tabla 37. Datos experimentales para la determinación el índice de acidez del aceite ................96 Tabla 38. Datos experimentales para la determinación del índice de peróxido del aceite ..........96 Tabla 39. Datos experimentales para la determinación del índice de saponificación del aceite ....................................................................................................................................96 Tabla 40. Datos experimentales para la determinación del índice de yodo del aceite .................97 Tabla 41. Resultados promedio de la caracterización físico-química del aceite de morete .......100 Tabla 42. Resultados de la caracterización del aceite de morete ..............................................101 Tabla 43. Resultados del perfil de ácidos grasos del aceite de morete ......................................105 Tabla 44. Costos de materias primas para el proceso de extracción .........................................106 Tabla 45. Producción de aceite de pulpa morete ......................................................................106 xiv LISTA DE GRÁFICOS Pág. Gráfico 1. Humedad en base seca en función del tiempo de secado ...........................................63 Gráfico 2. Diagrama de la cantidad de Aceite obtenido versus tiempo de extracción ................85 Gráfico 3. Diagrama del Rendimiento versus tiempo de extracción ...........................................85 Gráfico 4. Diagrama del Aceite obtenido en función del tamaño de partícula ............................86 Gráfico 5. Diagrama de Rendimiento en función del tamaño de partícula .................................86 Gráfico 6. Diagrama de Aceite obtenido en función de la relación soluto/solvente....................87 Gráfico 7. Diagrama del Rendimiento en función de la relación soluto/solvente .......................87 Gráfico 8. Diagrama del aceite obtenido versus la relación solvente/soluto ...............................88 Gráfico 9. Diagrama del Rendimiento versus relación solvente/soluto ......................................88 Gráfico 10. Análisis comparativo de la densidad aceite de morete ...........................................102 Gráfico 11. Análisis comparativo del índice de acidez del aceite de morete ............................103 Gráfico 12. Análisis comparativo del índice de peróxido del aceite de morete ........................103 Gráfico 13. Análisis comparativo del índice de saponificación del aceite de morete ...............104 Gráfico 14. Análisis comparativo del índice de yodo del aceite de morete ..............................104 xv LISTA DE ANEXOS Pág. ANEXO A. Procedimientos según Normas para la caracterización fisicoquímica de la pulpa de morete ...............................................................................................................125 ANEXO B. Procedimientos según Normas para la caracterización fisicoquímica del aceite de morete ..................................................................................................................128 ANEXO C. Diagrama de flujo para la obtención de aceite de morete ......................................131 ANEXO D. Hoja de seguridad del éter de petróleo ..................................................................132 ANEXO E. Datos para la determinación del tiempo y temperatura de secado .........................135 ANEXO F. Cálculos para la determinación y temperatura de secado.......................................138 ANEXO G. Caracterización de la pulpa de morete ..................................................................140 ANEXO H. Obtención de la materia prima para la extracción de aceite ..................................143 ANEXO J. Extracción del aceite de morete .............................................................................146 ANEXO K. Control de calidad del aceite obtenido ..................................................................148 ANEXO L. Tabla F de Fisher para el análisis estadístico ANOVA .........................................150 ANEXO M. Características fisicoquímicas recomendadas por la Norma A.O.C.S. Y CODEX STAND ..................................................................................................................151 ANEXO N. Perfil de ácidos grasos ..........................................................................................152 xvi OBTENCIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE UN ACEITE VEGETAL A NIVEL DE LABORATORIO A PARTIR DE LA FRUTA AMAZÓNICA MORETE RESUMEN Mediante un proceso de extracción sólido-líquido se obtuvo aceite a partir de la fruta morete, para darle a la misma un valor agregado. Para ello se realizó la caracterización fisicoquímica del fruto, y se cuantificó el contenido de aceite en: la pulpa 23,30%; cáscara 1,52% y en la mezcla pulpacáscara 13,44% en peso de aceite. En base a estos resultados se decidió usar la pulpa para la extracción, la cual se secó a 60°C durante 12 horas para alcanzar una humedad del 10% y mantener las características organolépticas del aceite. El proceso de extracción se efectuó a 50°C utilizando éter de petróleo y se varió en diferentes niveles el tiempo de extracción, tamaño de partícula y relación soluto/solvente. Las mejores condiciones de extracción que permitieron alcanzar el mejor rendimiento de 98,13% en peso fueron: tiempo de 60 min, tamaño de partícula de pulpa de 0,25 a 0,3 mm y relación soluto/solvente de 0,16 masa/volumen. Se evaluó la calidad del aceite, mediante un análisis fisicoquímico, determinándose que cumple con normas internacionales y tiene un comportamiento similar al de oliva. El perfil lipídico elaborado, indicó alto contenido de ácidos grasos insaturados principalmente oleico (omega 9). PALABRAS CLAVE: / MAURITIA FLEXUOSA/ MORETE/ EXTRACCIÓN SÓLIDOLÍQUIDO/ ACEITES VEGETALES/ PROPIEDADES FISICOQUÍMICAS/ xvii OBTAINING AND CHARACTERIZATION OF VEGETABLE OIL AT LAB LEVEL FROM AMAZON FRUIT MORETE ABSTRACT Through a process of solid-liquid extraction, oil was obtained from the fruit morete, to give it an added value. To this end, a physicochemical characterization of the fruit took place and the oil content was quantified: in pulp 23,30%; in shell 1,52% and in pulp-shell 13,44% by weight of oil mixture. Based on these results, it was decided to use the pulp for the extraction, which was dried at 60°C for 12 hours to reach a moisture content of 10% and maintain the organoleptic characteristics of the oil. The extraction process was carried out at 50°C using petroleum ether and was varied at different levels of extraction time, particle size and solute/solvent ratio. The best extraction conditions that allowed to achieve the best performance of 98,13% by weight were: time 60 minutes, pulp particle size from 0,25 to 0,3 mm and solute/solvent ratio of 0,16 mass/volume. Oil quality was evaluated by a physicochemical analysis, determining that it meets international standards and has a behavior similar to olive oil. The lipid profile elaborated, showed primarily high unsaturated oleic acids (omega 9). KEYWORDS: / MAURITIA FLEXUOSA/ MORETE/ SOLID-LIQUID EXTRACTION/ VEGETABLE OILS/ PHYSICOCHEMICAL PROPERTIES/ xviii INTRODUCCIÓN El crecimiento demográfico, el consumo per cápita y la preferencia del consumidor por aceites nutritivos y que contribuyan a la prevención de enfermedades, ha provocado que la demanda de grasas y aceites vegetales en el Ecuador se incremente, de 1382 toneladas en 1950 hasta 11902 toneladas en el año 1963, según la Junta Nacional de Coordinación Económica. Pro Ecuador estima un incremento para el 2022 del 2,1% anual en el consumo de aceite vegetal comestible, equivalente a 490 millones de toneladas. Si bien es cierto, a lo largo de todos estos años el crecimiento de la demanda no ha ido de la mano con la producción industrial aceitera nacional, puesto que el país produce aceites y grasas vegetales en una cantidad menor a la que consume. Por consiguiente ha obligado a la importación de aceites crudos y parcialmente hidrogenados. Tal es el caso del aceite de soja, que según Pro Ecuador en el 2012, el consumo local alcanzó 120 mil toneladas. De este total, el 90% es producto importado. Otro de los casos es el aceite de oliva, ya que actualmente en nuestro país el aceite es asociado con salud y belleza; esto ha influido en el mercado nacional con un marcado aumento de sus importaciones que de enero a agosto del año 2013 se incrementaron en un 29,7% en toneladas y en un 64,9% en dólares, según el Banco Central del Ecuador. Hasta agosto del mismo año el costo de las importaciones del aceite ascendió a $ 2.1 millones. En el 2008 se trajeron 120,6 toneladas por 484 mil dólares; para el 2012 el volumen se duplicó, se importaron 244,2 toneladas por 1,2 millones de dólares. El país que lidera el mercado de exportación del aceite de oliva hacia el Ecuador es España con un 57,1%, le sigue Argentina (16,6%), Italia (10,7%), Chile (7,7%), Perú (6,6%) y Estados Unidos (1,2%). Como se aprecia; la demanda de aceite como el de soja y de oliva es alta y el gasto que le genera al país importar el producto también es considerable. Cabe recalcar que esta situación se debe principalmente a que la producción agrícola local no satisface la demanda de materias primas por parte de las empresas productoras de aceite, debido principalmente a dos razones: falta de ampliación de tierras de cultivo y la carencia de fuentes vegetales nuevas que sustituyan a las ya existentes. Concluyendo que el país requiere fortalecer la industria nacional aceitera para evitar la importación y a la vez fomentar un incremento en la exportación de aceites. 1 La amazonia ecuatoriana es una región que concentra condiciones adecuadas y climáticas óptimas para el desarrollo de actividades agrícolas sostenibles de cara al mercado aceitero. Sin embargo, las palmas amazónicas ecuatorianas actualmente no son objeto de intensos estudios para determinar nuevas y potenciales especies aptas para la extracción de aceite. Según estudios realizados de las 6894 palmeras aceiteras existentes en el Ecuador tan solo el 20% son utilizadas con fines industriales. Sin contar que en nuestro país las familias campesinas de la amazonia, que cultivan frutos nativos, destinan el 25% de la producción para el autoconsumo, el 15% para la venta directa y a intermediarios, y el 60% se pierden en el campo. Existen algunas plantas de esta región que se utilizan para extraer su aceite y consumirlo de manera segura, pero todavía se requiere tecnificar ciertos procesos para la extracción de nuevas materias primas. Dentro de las especies vegetales promisorias que se disponen en el Ecuador y con grandes perspectivas para explotación tenemos la palmera del Morete, que a más de servir como alimento para las comunidades indígenas, proporciona muchos productos: fibras de sus hojas, almidón, sabia de sus troncos y semillas. La pulpa oleaginosa de su fruto es uno de los alimentos más nutritivos del trópico y tiene un alto contenido de lípidos (entre 21%-31%). Sin embargo en la región amazónica del Ecuador únicamente se utiliza como alimentación y en ciertas partes de la región como materia prima para la producción de bebidas fermentadas. Ante esto nace la necesidad de aprovechar de una manera técnica-científica este fruto exótico: morete (Mauritia flexuosa), proveniente de la palma del mismo nombre y que se produce en la región amazónica, estableciendo un procedimiento técnico para la obtención de un aceite vegetal a partir del fruto, como una solución al problema de la falta de investigación de materias primas oleaginosas amazónicas, de las cuales se pueden extraer aceites que cumplan con normas técnicas y de producción, de tal forma que se pueda llegar a industrializar, por consiguiente, ser esto a la vez una fuente de mayor ingreso económico para los habitantes de la zona. Este trabajo de investigación se enfoca en la obtención del aceite crudo de la pulpa del fruto morete mediante una extracción sólido-líquido por solventes. Dentro del proceso de extracción se establecen condiciones de operación óptimas que permitan obtener un buen rendimiento del proceso y calidad del producto terminado (aceite crudo de morete), factores indispensables que garantizan que se obtenga un aceite de buena calidad. En la experimentación también se realiza una caracterización fisicoquímica del fruto, con el fin de identificar sus componentes nutricionales. Así como también se lleva a cabo una evaluación de las propiedades fisicoquímicas del aceite crudo de morete, para establecer si el aceite obtenido se puede considerar como un aceite de calidad y establecer posibles aplicaciones industriales. 2 Esta investigación a futuro ayudará a promocionar y comercializar este aceite a nivel de toda la población ecuatoriana, ya que los beneficios de este producto son ampliamente deseables por aquellos que cuidan su salud, puesto que como se ha investigado el morete tiene un porcentaje alto en vitaminas, especialmente en vitamina A, casi cinco veces de lo que contiene la zanahoria. También está dentro de su composición nutricional algunos aceites insaturados como el linolénico, oleico, linoléico, esteárico, entre otros, que no son perjudiciales para el hombre ya que sus moléculas insaturadas permiten la asimilación rápida y completa por parte del organismo humano. Este aceite lo pueden consumir desde los más pequeños de la casa hasta un adulto mayor, es decir, hay una gran demanda para realizar una aceptable oferta de tan buen producto. Los resultados de la investigación arrojan que la pulpa de morete posee una gran cantidad de proteínas y minerales, así como también contiene fibra y aceite, convirtiendo a la pulpa en un alimento nutritivo y en una buena fuente para la extracción de aceites. Una vez obtenidas las mejores condiciones para realizar el proceso de extracción, se extrajo aceite crudo de morete con un buen rendimiento del 98,3% en peso de aceite. Resultado de los análisis fisicoquímicos: densidad, índice de acidez, índice de peróxidos, índice de saponificación e índice de yodo y al compararlos con normas internacionales de calidad (CODEX STAN Y A.O.C.S.) se evidencia un comportamiento similar al aceite de oliva. Como resultado del perfil lipídico el aceite de morete contiene en su mayor parte ácidos grasos insaturados, principalmente el ácido oleico (omega 9), aunque también contiene ácido linolénico (Omega 3) y ácido linoléico (Omega 6). Dentro de los ácidos grasos saturados se encuentran el palmítico y el esteárico. Se concluye que es factible obtener aceite de morete por extracción sólido-líquido, desde el punto de vista de rendimiento y calidad. Además es un aceite saludable y puede aportar a mantener la salud del ser humano, debido a la presencia de ácidos grasos esenciales en su composición. 3 1. PALMA DE MORETE 1.1. Descripción de la palma Es una de las palmeras más abundantes en Sudamérica, esta palma crece en áreas húmedas, a menudo permanentemente inundadas de la amazonia. “Se distribuye en el occidente por Colombia, Ecuador, Perú y Bolivia; el oriente a través de las cuencas del Amazonas y del Orinoco, aunque crece a baja altitud, puede ser encontrado ocasionalmente en las faldas de los andes orientales hasta los 1000 metros de altitud. Por Venezuela, las Guyanas, Trinidad y los estados brasileños de Bahía, Goiás, Mato Grosso, Minas Gerais y Sao Paulo.” [1] “En Ecuador se encuentra en la región amazónica, en las provincias de Morona Santiago, Napo, Sucumbíos, dentro de las áreas protegidas de Jatun Sacha y el parque nacional Yasuní.”[2] La descripción taxonómica se describe a continuación: “Nombre Científico: Mauritia Flexuosa L. f Reino: Plantae División: Magnoliophyta Clase: Liliopsida Orden: Arecales Bromhead Familia: Arecaceae Subfamilia: Calamoideae Género: Mauritia Especie: Mauritia Flexuosa” [3] Nombre Común: depende del país en donde el fruto se encuentre, tal como se detalla a continuación: Ecuador: morete, anchu. Perú: aguaje. Brazil: buriti, miriti, buritira. Venezuela: moriche. Bolivia: caranday-guazu, ideuí. Colombia: canangucha, moriche, aguaje, mirití, idení. El género Mauritia incluye dos especies: 4 Mauritia fIexuosa L.f. hojas con los segmentos lineares o ligeramente curvados, vainas de las hojas muertas no persistentes debajo de la copa. Generalmente crece con el pie en el agua y forma poblaciones densas muy extensas en las depresiones. Mauritia carana Wallace palmera llorona, vainas de las hojas muertas persistentes debajo de la copa. Generalmente crece en poblaciones restringidas a áreas de arena blanca. “Las especies de palmas nativas registradas en la amazonia ecuatoriana hasta el año 2013 incluyen la presencia de la especie Mauritia fIexuosa L.f. [4] Las condiciones climáticas en las que se desarrollan el morete son: “Temperatura mínima 17,2 °C; y máxima 25.1 °C, con promedio de 21.1 °C, humedad relativa de 90%, precipitación pluvial de 3,419 mm anual, altitud desde 50 hasta 800 msnm. Crece en áreas pantanosas o con mal drenaje de suelos ácidos, aunque se adapta a terrenos no inundables con buen drenaje o drenaje deficiente, provistos de abundante materia orgánica. No tolera estancamientos prolongados de agua, que superen los límites de sus raíces secundarias.”[5] En la amazonia ecuatoriana se distinguen: tierras altas de las estribaciones andinas que se ubican a una altura de 400- 1000 msnm; y las tierras bajas a menos de 400 msnm. Las lluvias van desde 2500-4000 mm anuales. Los pantanos no cubren grandes áreas, sin embargo, se encuentran parches de pantano (< 1 Km2) alrededor de algunos ríos o intercalados dentro de bosques de tierra firme. Todas estas características lo convierten en un lugar propicio para el crecimiento de la palma. La palma de morete presenta en forma separada plantas masculinas que son las que polinizan y femeninas que son las que producen el fruto. Es una de las palmeras más grandes y robustas de la amazonia que tiene de 25–35 m de altura. El tallo es recto, liso, cilíndrico, columnar de 30–50 cm de diámetro y presenta una vaina que cubre parcialmente el tallo. Posee una corona de 15 a 20 hojas costa palmadas, dispuestas en espiral de 2,5 m de largo y 4,5 m de ancho, con aproximadamente 200 segmentos foliares. El peciolo es acanalado, verde oscuro y puede alcanzar hasta 4m de largo. “El Moriche es de las pocas palmeras que puede crecer con el sistema radicular sumergido en los pantanos por poseer raíces aéreas llamadas neumatóforos.”[6] 5 Figura 1. Planta y racimo de Morete La raíz crece 20 centímetros por debajo del suelo y alcanza una distancia horizontal de 40 metros. “La Inflorescencia masculina y femenina es interfoliar, iguales en tamaño y forma, de 2-3 m de largo; las flores masculinas miden 10 x 7 mm en la yema y la flor femenina mide 2 mm de largo.”[7]. Las flores femeninas y las flores masculinas son anaranjadas, con espiguetas tipo piña. 1.2. Descripción del fruto “El aguaje produce en promedio ocho racimos por palmera, y cada racimo produce aproximadamente 725 frutos, por lo que la producción media estimada es de 290 kilos por palmera.” [8]. Los frutos son de forma ovalada de aproximadamente 6 cm de largo y 4 cm de diámetro en promedio, cubiertos por escamas de color rojo vino cuando alcanzan la madurez. Con un peso que varía de 15 a 120 gramos en promedio. El fruto del morete está constituido principalmente por: Exocarpio o cáscara.- Contiene escamas imbricadas y fuertemente soldadas. 6 Mesocarpio o pulpa.- Carnoso y suave, amiláceo, de color amarillo, anaranjado o anaranjado rojizo, tiene un espesor de 4-6 mm y constituye entre el 10-21% del fruto. Endocarpio.- Es una lámina delgada de color blanco pergaminado. Semilla.-Forma subglobosa, sólida y con un albumen blanco, constituye el 40-44.5% del fruto con un endospermo homogéneo. Figura 2. Fruto morete 1.3. Usos Fruto. Generalmente es una fuente de alimentación para animales silvestres y nativos de la zona. Además con el fruto se fabrican jugos diluyendo la pulpa en agua con azúcar, también puede deshidratarse y reconstituirse para bebidas. Otro uso de la pulpa es la elaboración de bebidas fermentadas, llamadas “chicha”. En otros países el uso de la fruta ha sido orientado a la producción de chupetes, helados, bebidas refrescantes, néctares, mermeladas y en menor escala a la producción de artesanías a partir de la semilla. En Ecuador el uso principal del fruto es en alimentación. El fruto cuando está maduro se ablanda ya sea en agua o enterrándolo en tierra húmeda, luego se retiran las escamas, se extrae el mesocarpio y se lo ingiere directamente. A pesar de que estudios muestran que la pulpa del fruto tiene una considerable cantidad de aceite, en nuestro país esta actividad no se practica. Tallo. Se utiliza como puente, como piso, como cercas, transportación fluvial, y de la medula del tronco se obtiene harina comestible. 7 Hojas. Las hojas jóvenes se usan para la elaboración de cordones, bolsos, cintas, sombreros, hamacas, cubiertas para libros, fertilizantes orgánicos. Las hojas maduras se usan para tejer coladores, barriletes, para cubrir el techado de viviendas rusticas, se obtiene además fibras para uso doméstico y artesanías. Los indígenas hervían las hojas para la obtención de un polvo sustituto de la sal. Peciolo. Se obtiene pulpa para papel y se elabora artesanías. Inflorescencias. Se obtiene savia dulce con la que se produce bebidas alcohólicas y se produce también azúcar. Semilla. Se usan en la confección de artesanías y alcohol para combustible. En algunos países en la producción de botones. Palmas caídas. Las palmas en estado de pudrición proliferan los “suris” gusanos que se comen crudos o cocinados. 1.4. Propiedades fisicoquímicas y nutrición 1.4.1. Humedad. “Todos los alimentos, cualquiera que sea el método de industrialización a que hayan sido sometidos, contienen agua en mayor o menor proporción. Las cifras de contenido de agua varían entre un 60 y un 95% en los alimentos naturales. En los tejidos vegetales y animales hay dos tipos de agua: agua libre, que es la forma predominante y se libera con gran facilidad, el agua ligada se halla en los alimentos como agua de cristalización (en los hidratos) o ligadas a las proteínas y a las moléculas de sacáridos y absorbida sobre la superficie de las partículas coloidales”. [9] El método consiste en la evaporación total del agua por acción del calor y por un tiempo de 24 h y a una temperatura de 105 °C. 1.4.2. Cenizas. Es el residuo inorgánico que se obtiene después de la descomposición o calcinación de la materia orgánica. La determinación de las cenizas es el método para cuantificar la cantidad total de minerales presentes en los alimentos; y es eficiente debido a que cuantifica cenizas solubles en agua, solubles en medio ácido y cenizas insolubles. 8 1.4.3. Proteínas. El método de referencia para la determinación de aminoácidos individuales o proteínas que contienen los alimentos es el método Kjeldahl. El método consiste primero en la descomposición por calor y en medio ácido de la materia orgánica y finalmente el registro de la cantidad de amoniaco obtenida de la muestra, estos pasos permiten la determinación de nitrógeno orgánico contenido en un alimento. 1.4.4. Extracto etéreo o contenido de aceite. “Está formado principalmente por aceites y grasas, aunque también incluye otras sustancias liposolubles como esteroles, vitaminas, pigmentos, ácidos orgánicos, etc. El extracto etéreo se calienta a 100 °C durante 15 minutos para eliminar los compuestos volátiles.”[10] El método se basa en la extracción continua de todas las sustancias de una muestra seca y que son solubles en un solvente orgánico que se somete a calentamiento. 1.4.5. Fibra cruda. “La fibra cruda es considerada la porción indigerible de los alimentos (excepto en los rumiantes en los que es parcialmente digerible). Está constituida principalmente por celulosa, hemicelulosa y lignina. La celulosa y hemicelulosa son carbohidratos estructurales que se encuentran en las paredes celulares de los vegetales. La lignina es un polímero natural que se forma a partir de la repetición de tres unidades monométricas que son los alcoholes aromáticos: sinapil, coniferil y pcumaril. El método consiste en someter a la muestra seca y desengrasada a una primera digestión ácida y posteriormente a una segunda alcalina. La materia orgánica del residuo obtenido se considera fibra cruda”. [11] 1.4.6. Nutrición. “La pulpa del aguaje, es el alimento más nutritivo de los frutos del trópico. El análisis químico y valor nutritivo de 100 g de pulpa muestra contenidos de lípidos (21.1 g), calcio (74 mg), fósforo (27 mg) y retinol o vitamina A (1062 mg).” [12] “El morete es el fruto comestible con mayor reserva de beta caroteno (vitamina A). Su alto contenido de vitamina A lo convierte en un recurso inigualable para la dieta de los niños y madres gestantes, puesto que ayuda a la formación y mantenimiento de dientes sanos, tejidos blandos y óseos, de las membranas mucosas y de la piel. Contribuye a mejorar la visión.”[13] 9 CONTENIDO DE VITAMINA A EN DIVERSOS PRODUCTOS 50 40 UI 30 20 10 0 MORETE ZANAHORIA ACELGA ESPINACA CAMOTE Figura 3. Comparación entre el contenido de vitamina A del morete con otros alimentos 1.5. Cosecha “La fructificación del aguaje se inicia entre los 7-8 años después de la plantación, cuando las plantas alcanzan una altura de 6-7m; aunque han sido observadas plantas de menor porte que iniciaron la fructificación a partir del cuarto año. La fructificación aparentemente ocurre todo el año, con mayores concentraciones entre los meses de febrero-agosto y relativa escasez los meses de setiembre-noviembre. El momento óptimo de cosecha del racimo, es cuando los frutos adquieren una coloración marrón más intenso y los frutos se desgajan fácilmente. La cosecha del fruto en los sistemas naturales sin manejo, es de la planta derribada; y en sistemas manejados, se utilizan subidores o plantas de apoyo para alcanzar los racimos y cortar con machete, también se utilizan varas largas provistas de ganchos que desgajan los racimos y los frutos se recolectan manualmente del suelo.”[14] 1.6. Producción y comercialización 1.6.1. Producción y comercialización internacional. “Sin duda el aguaje es la fruta más importante en el mercado urbano de la Amazonía baja, aunque no es procesada a escala industrial, la fruta proporciona ingresos a un sector importante de la población, se calcula que unas cinco mil familias están relacionadas con la cadena de comercialización del fruto. Ninguna fruta en la amazonia peruana es comercializada en formas tan diferentes: maduro, verde, pulpa, aguajina (refresco), chupetes, helados, mermeladas y yogures. Se estima una demanda de 1.500 toneladas mensuales, es decir 50 toneladas diarias.” [15] 10 “Se calcula que en 1985 estas vendedoras ganaban unos 11 USD/día. A finales del mes, el salario de las mujeres era hasta ocho veces mayor que el salario mínimo. En la amazonia occidental, la gente de Iquitos disfruta comiendo burití igual que la gente del Estado de Pará (amazonia oriental) disfruta del açaí. En Belem, en 2007 un kg de pulpa costaba 2,60 USD y un racimo de 15 frutas costaba 0,52 USD. Un cesto pequeño de frutas de burití cocidas se vendía de enero a mayo por 5 USD. Un litro de zumo de burití costaba entre 0,52 y 1 USD y una bolsita de 5 kg de burití rallado para preparar zumos costaba hasta 8 USD. El precio de los juguetes realizados con palmeras de burití oscila entre 0,30 y 300 USD. Esta es una especie muy productiva: una sola palmera puede producir entre 40 y 360 kg de frutas al año. Una hectárea manejada puede producir entre 2,5 y 23 toneladas de frutas al año. Basándose en los inventarios forestales de Acre, se ha calculado que una palmera hembra produce entre 1 y 9 racimos de frutas al año, y cada racimo contiene de 600 a 1200 frutas. Si se calcula un promedio de 64 palmeras hembras por hectárea y una producción promedio de 200 kg de frutas, es posible obtener 384 kg de aceite y pulpa por hectárea. Esta palmera tiene una vida larga y fértil y la producción disminuye sólo después de 40–60 años.” [16] “El morete es el símbolo de la Amazonia peruana. Debido a sus numerosos usos y a la gran extensión de tierras pantanosas (ONERN, 1976; 1977; Salo et al., 1986), se le ha considerado a veces coma una solución para el aprovechamiento rentable del medio forestal, a través de la industrialización de sus productos y el establecimiento de plantaciones.”[17] 1.6.2. Producción y comercialización en el Ecuador. El número de hectáreas cultivadas con el fruto es extensa, puesto que, se distribuye por gran parte de la amazonia ecuatoriana. Sin embargo, actualmente no existe un estudio que proporcione datos sobre la producción del fruto en Ecuador. En cuanto a la comercialización, se conoce que una parte minoritaria de la producción se destina para consumo local, a través de la comercialización del fruto cocinado a un costo de 0,25 USD por cada 25 frutos, convirtiéndose en fuente de ingreso económico para sus habitantes. 11 2. ACEITE Un aceite está íntimamente relacionado con una grasa, puesto que, ambos son compuestos lipídicos, que junto con los carbohidratos y proteínas, son los principales componentes estructurales de las células vivas. Su característica principal es el ser solubles en solventes orgánicos e insolubles en agua. 2.1. Generalidades Un aceite es aquella sustancia grasa líquida que proviene principalmente de fuentes vegetales: como semillas y frutos, aunque también existen aceites de origen animal. “Entre las semillas de plantas cultivadas por su aceite, las más conocidas son: el cacahuete, la colza, el ricino, la soja y el girasol. A estas se deben agregar las plantas cultivadas para la producción de fibras textiles y en segundo lugar aceite: algodón y lino principalmente. En cuanto a los frutos oleaginosos, estos provienen principalmente del cocotero (copra), del nogal, de la palma de aceite (palma y palmito) y del olivo (aceitunas).”[18] De forma general a continuación se describen las diferencias que existen entre grasas y aceites: La grasa generalmente es un término para referirse a aquellas sustancias sólidas y semisólidas a temperatura ambiente (25 °C), mientras que el término aceite se usa con referencia a sustancias que son líquidas al ambiente. Por lo general una grasa es aquella que proviene de los tejidos adiposos de los animales y el aceite es aquel que proviene de semillas o frutos oleaginosos. Desde el punto de vista químico, la diferencia para que una grasa sea sólida o líquida a temperatura ambiente, es la estructura de los ácidos grasos. Las grasas tienen cadenas carbonadas más largas y saturadas, es decir, en su estructura molecular existen únicamente enlaces simples entre carbonos, esto hace que se mantengan sólidas a temperatura ambiente. En cambio, los aceites tienen cadenas más cortas e insaturadas, es decir, en su estructura molecular tienen enlaces dobles entre carbonos, esto provoca que se mantengan en estado líquido a temperatura ambiente. 12 2.2. Estructura y composición química En la mayoría de los casos un aceite vegetal está compuesto por una mezcla de triglicéridos, ácidos grasos libres y otros componentes. 2.2.1. Triglicéridos. Los triglicéridos son ésteres y “Desde el punto de vista estructural, un triglicérido puede considerarse formado por la condensación de una molécula de glicerol con tres de ácidos grasos, para dar tres moléculas de agua y una de un triglicérido.”[19] H H H C OH H C OH H C OH HOH + HOH HOH + H C H C H C H Glicerol H Ácidos grasos Triglicérido Agua Figura 4. Reacción de formación de un triglicérido Cuando los ácidos grasos que conforman el triglicérido son iguales, se obtiene un triglicérido simple y si son diferentes se le denomina triglicérido compuesto o mixto. “Cuando un triglicérido mixto contiene tres radicales ácidos diferentes, presenta tres formas isométricas posibles, según sea el radical ácido que ocupe la posición central (𝛽) de la molécula y los que ocupen las dos posiciones extremas (“y 𝛼 , ). Y cuando tiene solamente dos radicales ácidos diferentes tendrá, de forma análoga, dos isómeros posibles.”[20] H H H H C H C H C H C H C H C H C H C H C H β-oleopalmitoestearina H β-palmitooleoestearina H α -oleodipalmitina Figura 5. Ejemplos de triglicéridos mixtos 13 2.2.2. Ácidos grasos. Son compuestos orgánicos formados por átomos de carbono (C), oxígeno (O) e hidrógeno (H). Poseen un solo grupo carboxilo (COOH) como grupo funcional ubicado en uno de los carbonos extremos. La cadena carbonada del ácido graso es lineal, larga y generalmente el número de átomos de carbono es par (4 a 24 átomos de carbono). HOOC H H H C C C H H H H Figura 6. Ejemplo de un ácido graso [21] La figura a continuación representa un esquema gráfico del peso molecular del triglicérido, en la que se visualiza dos secciones: “La sección A correspondiente a C3H5 que tiene un peso molecular de 41. La sección B correspondiente a la suma de los pesos moleculares de los radicales de ácidos grasos (RCOO) que va desde 650 a 970 aproximadamente. Dado esto, los ácidos grasos que conforman la molécula del triglicérido representan alrededor del 95 % del peso total de la molécula.” [22] H Peso Molecular 41 H C H C H C Peso Molecular 650 a 970 H A B Figura 7. Preponderancia ponderal de un triglicérido “Debido a esta preponderancia ponderal y también por el hecho de que comprenden la parte activa de la molécula, los ácidos grasos ejercen una marcada influencia sobre el carácter de los 14 glicéridos. Por consiguiente, la química de los aceites y grasas es una extensión de la de los ácidos grasos.”[23] 2.2.2.1. Clasificación. A los ácidos grasos se los puede clasificar en dos grupos: a) Ácidos grasos saturados. Todos los enlaces de la cadena carbonada saturada son simples, es decir, los enlaces entre carbonos (C-C) y los enlaces carbono e hidrógeno (C-H). HOOC H H H H H H H H H C C C C C C C C C H H H H H H H H H H Figura 8. Estructura de un ácido graso saturado [24] La fórmula química es la siguiente: CH3(CH2)n-COOH. “Están unidos a la cadena el número máximo de átomos de hidrógeno que pueden llevar las cadenas carbonadas, son muy estables. Los enlaces sencillos entre dos átomos de carbono (C-C) pueden girar libremente. Por consiguiente la molécula del ácido graso es extremadamente móvil y las cadenas carbonadas de los ácidos grasos pueden disponerse en líneas rectas y ocupar menos espacio.”[25] Es por esta razón que los ácidos grasos saturados se mantienen sólidos o semisólidos a temperatura ambiente. Los ácidos grasos saturados gracias a los enlaces simples de su estructura pueden soportar altas temperaturas, y por ende, el punto de fusión es alto. En su gran mayoría estas grasas se encuentran en los alimentos de origen animal, como la carne y derivados de la leche. La mayoría de plantas carecen de este tipo de grasas, a excepción del aceite de coco. b) Ácidos Grasos Insaturados. Los ácidos grasos insaturados son aquellos en los cuales los carbonos están unidos entre sí por dobles enlaces (C=C). 15 Un lípido insaturado tiene dobles enlaces entre algunos carbonos, esto provoca que el tamaño de molécula disminuya, pues no hay muchos átomos de hidrógeno enlazados al carbono, porque el carbono usa el enlace para unirse con sigo mismo. Al disminuir el tamaño de molécula por causa de los dobles enlaces, este tipo de lípidos están presentes como aceites líquidos a temperatura ambiente. HOOC H H H H H H H H H C C C C C C= C C C H H H H H H H H Figura 9. Estructura de un ácido graso insaturado [26] Cuando el ácido graso contiene un solo enlace doble se llaman ácidos grasos mono-insaturados, mientras que si contiene más de dos dobles enlaces se denominan poliinsaturados (figura 8). Los monoinsaturados suelen tener el enlace doble en el carbono 9, mientras que los ácidos grasos poliinsaturados lo tienen cada tres átomos de carbono. Grasa monoinsaturada H H H H H H H H C C C C= C C C C H H H H H H Grasa poliinsaturada H H H H H H H H C C C= C C C= C C H H H H Figura 10. Ejemplo de un ácido graso mono-insaturado y poliinsaturado [27] Los ácidos grasos con triples (− 𝐶 ≡ 𝐶 −) enlaces son poco comunes. c) Ácidos grasos cis y trans. Los enlaces dobles de los ácidos grasos insaturados son muy fuertes y previenen la rotación de los carbonos alrededor del eje del enlace doble. Esta rigidez provoca la formación de isómeros geométricos denominados Cis y Trans, arreglos que solamente pueden cambiarse rompiendo los enlaces dobles. 16 Los isómeros geométricos cis y trans describen la orientación o posición de los átomos de hidrógeno con respecto al enlace doble. Cis significa “en el mismo lado”, es decir, el grupo -H se ubica en el mismo lado de un doble enlace. Trans quiere decir “en el lado opuesto”, es decir, que el grupo –H se ubica uno a cada lado del doble enlace. “Como se aprecia en la figura 10 la configuración cis (ácido oleico) tiene una forma de V en el punto en donde se encuentra el doble enlace, mientras que la configuración trans (ácido elaídico) tiene forma recta.” [28] Cis Trans H C = C C = C H H H Cis (forma doblada) Trans (rectilineo) Figura 11. Tipos de ácidos grasos insaturados según la estructura de los enlaces dobles cis y trans Los ácidos grasos que existen en la naturaleza, por lo general tienen la configuración Cis, mientras que una pequeña porción presentan la configuración trans. Las fuentes de grasas cis son aceites de semillas, frutos secos, huevos, aceite de pescado, aguacate, entre otros. Las fuentes de grasas trans son el calentamiento y la cocción de aceites a altas temperaturas, alimentos que han sido expuestos a procesos industriales como la hidrogenación o solidificación de aceites para uso en grasas para pastelería y margarinas, de manera natural en animales bovinos y rumiantes. 2.2.2.2. Nomenclatura de los ácidos grasos. Existen varias nomenclaturas para identificar a un ácido graso. Las nomenclaturas abreviadas utilizan las designaciones tipo, que son las abreviaciones para el número de átomos de carbono (lado izquierdo) y el número de dobles enlaces (lado derecho). El sistema IUPAC establece que la cadena de ácido graso se enumera a 17 partir del carbono que forma el grupo funcional carboxilo. La posición de los dobles enlaces que contenga la molécula se indica con la letra delta mayúscula (∆). “El sistema “omega” (ω) toma como referencia el extremo metilo de la molécula e indica la longitud de la cadena, el número de dobles enlaces y la posición de, solo, el primer doble enlace contando desde el carbono ω (el carbono más alejado del carboxilo, al que se asigna la última letra del alfabeto griego ya que, tradicionalmente, al carbono contiguo al grupo carboxilo se le ha denominado alfa).”[29] En el sistema omega la posición de los dobles enlaces también se identifica con la letra “n” minúscula. 2.2.2.3. Ácidos grasos más importantes en un aceite (omegas). Los ácidos grasos que tienen mayor importancia dentro de la estructura química de un aceite son los siguientes: “El ácido alfa linolénico (C 18:3, ω-3) es un ácido graso poliinsaturado esencial de 18 átomos de carbono con 3 instauraciones o doble enlaces; su primer doble enlace empieza en el C3. El ácido linoléico (C 18:2, ω-6) es un ácido graso poliinsaturado esencial de 18 átomos de carbono con 2 insaturaciones o doble enlaces; su primer doble enlace empieza en el C6. El ácido oleico (C 18:1, ω-9) es un ácido graso monoinsaturado. Esta denominación proviene del único enlace doble en el C9.” [30] Ácido oléico C 18:1 ω -9 HOOC Ácido linoléico HOOC C 18:2 ω -6 H hasta18 H H H C C C C= C H H H HOOC 1 H C C H H H 6 ... 3 1 H H H H H H H H H C C C = C C C= C C C H H H H H H Ácido linolénico C 18:3 ω -3 9 ... 2 H H H H ... 3 2 H 1 H H C C= C C C= C C C =C C C H H H H H H H H H H Figura 12. Principales ácidos grasos 18 H H “Son los componentes principales de los aceites y son conocidos como “grasas buenas”, por el papel que ejercen en el control del colesterol y en las enfermedades del corazón.”[31] Se ha demostrado que el consumo habitual de aceites que contengan ácidos grasos ricos en omegas en una dieta balanceada resulta beneficioso, sin embargo la ingesta en exceso causa un posible efecto adverso de los ácidos grasos poliinsaturados. El cuadro 1 que se ilustra a continuación muestra ejemplos de ácidos grasos saturados e insaturados: Cuadro 1. Ejemplos de ácidos grasos saturados e insaturados Nombre común Formula Química Nombre Sistemático Estructura Punto de Fusión [°C] Fuentes C3 H2 COOH C5 H11 COOH C7 H15 COOH C9 H19 COOH C11 H23 COOH C13 H27 COOH C15 H31 COOH C17 H35 COOH C19 H39 COOH Ácido Butanoico Hexanoico Octanoico Decanoico Dodecanoico Tetradecanoico Hexadecanoico Octadecanoico Eicosanoico 4:0 6:0 8:0 10:0 12:0 14:0 16:0 18:0 20:0 - 3,4 16,7 31,6 44,2 54,4 62,9 69,6 75,4 Mantequilla Mantequilla Aceite Coco Aceite Coco Aceite Coco Aceite Palmiste Aceite Palma Grasas animales Aceite cacahuete, pescado C17 H33 COOH 9 Octadecenoico C17 H29 COOH 9,12,15 Octadecatrienoico C17 H31 COOH 9,12 Octadecadiénoico C19 H31 COOH 5,8,11,14 Eicosatetraenoico 18:1 n-9 18:3 n-3 16,3 -11 Aceite Oliva Aceite lino 18:2 n-6 -5 20:4 n-6 - 50 C17 H33 COOH 9 Octadecenoico C17 H31 COOH 9,12 Octadecadiénoico 18:1 18:2 46 28 ÁCIDOS GRASOS SATURADOS Butírico Coproico Caprílico Cáprico Laúrico Mirístico Palmítico Esteárico Araquídico ÁCIDOS GRASOS INSATURADOS CIS Oleíco Linolénico Linoléico Araquidónico ÁCIDOS GRASOS INSATURADOS TRANS Elaídico (trans) Linoelaídico (trans) Aceite semilla de uva Grasas higado Grasas hidrogenadas Alimentos procesados y fritos En la tabla se puede apreciar que para el ácido de cadena corta: oleico el punto de fusión es de 16,3 °C, mientras que para él ácido linolénico con tres insaturaciones el punto de fusión es de -11 °C, lo que indica que el punto de fusión de un aceite disminuye conforme aumenta el grado de insaturación. Para el caso del ácido laúrico el punto de fusión es de 44,2 °C y para el ácido graso 19 araquídico el punto de fusión es de 75,4 °C, lo que evidencia que cuanto mayor sea la longitud de cadena mayor es el punto de fusión del aceite. Finalmente para una configuración cis los puntos de fusión son menores a los puntos de fusión para una configuración trans. 2.2.3. Ácidos grasos libres. Son ácidos grasos que tienen un grupo ácido, pero no están unidos al glicerol o a algunas otras moléculas en un aceite o grasa. “Los ácidos grasos como tales (ácidos grasos libres) son poco frecuentes en los alimentos, y además son generalmente producto de la alteración lipolítica. Sin embargo, son constituyentes fundamentales de la gran mayoría de los lípidos, hasta el punto de que su presencia es casi definitoria de esta clase de sustancias.” [32] 2.2.4. Otros componentes. Un aceite también puede contener cantidades menores de otros componentes, tal como se indican a continuación: Foslolípidos que son compuestos anfipáticos (tienen extremo hidrófobo y extremo hidrofílico) formados por una molécula de glicerol a la cual se unen dos ácidos grasos y un compuesto fosfato. Ejm.: Fosfatidilcolina, fosfatidiletanolamina, fosfatidilserina, fosfatidilinositol. Glicolípidos que son lípidos que contienen azúcares, es decir, biomoléculas formadas por la unión entre un lípido y un grupo glucídico o hidrato de carbono. Por ejemplo, el cerebrósido. Ésteres de esteroles y alcoholes terpénicos Ceras, que son ésteres de ácidos grasos con alcoholes grasos saturados de cadena lineal. Todos los compuestos nombrados anteriormente incluídos los triglicéridos forman parte de la materia saponificable. En cambio la materia insaponificable es la fracción minoritaria de un aceite, y va alrededor del 1-2% del contenido total del aceite. La composición es muy variada y abarca compuestos de diferente naturaleza y estructura química. Estos compuestos son los siguientes: Alcoholes con estructura triterpénica, alcoholes saturados, dialcoholes. Vitaminas A, E y D, antioxidantes. Esteroles como el colesterol cuando se trata de grasas de origen animal y el β-sitosterol cuando es de origen vegetal. 20 Colorantes como xantofila, clorofila y caroteno. Hidrocarburos insaturados (escualeno) y saturados (parafinas), que van alrededor de 0,1 – 0,2%, y son de cadena larga que van desde 𝐶18 − 𝐶36 . También pueden existir hidrocarburos de estructura terpénica; hidrocarburos de estructura esteroidea, hidrocarburos formados por deshidratación de determinados esteroles en la refinación y en ciertas manipulaciones a que son sometidos los aceites. 2.3. Características fisicoquímicas de los aceites El aceite sufre varias reacciones químicas, sin embargo, en este acápite únicamente se describen las reacciones de interés en esta investigación. Las cuales se detallan a continuación: 2.3.1. Densidad. “Para caracterizar el estado de agregación tan singular de la sustancia, se emplea la propiedad física intensiva denominada densidad, que nos indica la cantidad de masa del cuerpo material contenido en un volumen definido de ella.”[33]. Dicho de otro modo la densidad de un aceite, se define como la relación de su masa por unidad de volumen, y se expresa en gramos por mililitro. Se debe tomar en cuenta de lo siguiente: 1) “Los valores de densidad de las sustancias dependen de la presión y temperatura a la cual se encuentre, pero no dependen de la gravedad. 2) Estando a la misma presión y temperatura es posible diferenciar a dos sustancias químicamente puras por sus valores de densidad, debido a que es una propiedad intensiva y característica de cada sustancia. 3) Para una sustancia química, generalmente se cumple: Dsolido > Dliquido > Dgas 4) La densidad de sustancias sólidas y liquidas varia en cantidades muy pequeñas con la temperatura, por lo cual generalmente se considera constante en un rango de temperatura de 0°C a 30°C. En cálculos muy precisos se debe considerar que la densidad disminuye al aumentar la temperatura, esto se debe a la dilatación o aumento de volumen que experimentan las sustancias al ser calentadas.”[34] 5) La densidad disminuye a medida que la saturación crece. Es decir, la densidad varía según el tipo de aceite o grasas. 21 Entre las aplicaciones de la densidad está la identificación, control de la pureza y fraude de los aceites, datos de mucha importancia en relación al control de calidad, procesamiento y diseño de equipos para el procesamiento de aceites y grasas. Adicionalmente, la densidad es uno de los parámetros más importantes en el almacenamiento, transporte y comercialización de los aceites. 2.3.2. Acidez. Es la cuantificación de la cantidad de ácidos grasos libres presentes en los aceites y grasas. La presencia de ácidos grasos libres se debe a una reacción de hidrólisis de los triglicéridos que conforman el aceite. Esta reacción generalmente es provocada por la acción de enzimas lipolíticas (lipasas), que actúan como catalizadores de la reacción, a condiciones normales de temperatura y presión. La acidez se puede expresar como índice de acidez o porcentaje de acidez. Índice de acidez. Es el número de miligramos de base (KOH o NaOH) requeridos para neutralizar la acidez libre por gramo de muestra. Porcentaje de acidez. Se define como la cantidad de ácidos grasos libres presentes en 100 gramos de aceite. Este porcentaje por lo general es expresado como ácido oleico, bajo el supuesto de que el peso molecular de los ácidos libres es igual al peso molecular del ácido oleico. Sin embargo, no siempre se cumple esto, por tal razón, se puede expresar el porcentaje de acidez en función del ácido graso libre que predomine en la muestra. “La mayoría de los aceites no refinados contienen cantidades relativamente elevadas de ácidos grasos libres. Una cantidad típica para el aceite de soja bruto es de 0,5 a 1,5 %. El aceite bruto de palma contiene del 3,0 al 5% de ácidos grasos libres. Los aceites y grasas refinados que están listos para el uso en alimentos tienen habitualmente un nivel de ácidos grasos libres inferior al 0,05%.”[35] Por ser el índice de acidez una medida del grado de descomposición de un aceite, se usa como un indicativo general de la condición y comestibilidad de un aceite. 2.3.3. Índice de peróxido. La oxidación de un aceite se debe a la adición del oxígeno a los dobles enlaces de la cadena carbonada del ácido graso, dando lugar a la formación de compuestos denominados hidroperóxidos o peróxidos. La luz, el calor y metales actúan como catalizadores. La medida cuantitativa de peróxidos está dada por el índice de peróxidos, definido como la cantidad de oxígeno activo (miligramos o miliequivalentes de 𝑂2 ) presente en un kilogramo de muestra. 22 “La determinación de peróxidos se basa en su capacidad de liberar yodo de una disolución de yoduro de potasio en ácido acético glacial. El yodo formado se valora con una disolución patrón de tiosulfato de sodio, utilizando una disolución de almidón como indicador.”[36] En la primera fase de oxidación los peróxidos están estables y en las últimas fases inician a descomponerse, reaccionando entre sí para formar compuestos de rancidez oxidativa (aldehídos, cetonas y ácidos de menor peso molecular). 2.3.4. Índice de saponificación. La saponificación se fundamenta en la reacción de hidrólisis del triglicérido del aceite con una base, dando como producto glicerina y sales solubles de ácido graso, también llamadas jabón. Además la saponificación es función inversa del peso molecular medio del aceite o la grasa. El índice de saponificación es la cantidad en miligramos de una base (KOH o NaOH) que se necesita para saponificar un gramo de aceite o grasa. “El procedimiento consiste en calentar un exceso de una disolución de hidróxido de potasio en etanol, con una masa conocida de un triacilglicerol, hasta que la reacción de saponificación sea completa. El exceso de base se valora con una disolución patrón de un ácido y se calcula el índice de saponificación a partir de la cantidad de base fuerte que reacciona con la muestra”. [37] Este índice es utilizado para la estimación de la composición de mezclas grasas, y para la identificación del tamaño de la cadena carbonada de ácidos grasos de un aceite. 2.3.5. Índice de yodo. Es un indicativo del contenido de ácidos grasos insaturados presentes en el aceite o grasa. El índice depende del número medio de dobles enlaces por molécula y el peso molecular medio del aceite. Por consiguiente, el índice es mayor cuanto mayor sea el número de dobles enlaces por unidad de grasa o aceite. Además depende del solvente, el halógeno y de condiciones externas. Cuantitativamente el índice de yodo se expresa como el número de gramos de yodo consumido por 100 gramos de muestra. El método se basa en la reacción química del halógeno con los ácidos grasos en medio acético, generando yodo libre, para finalmente cuantificar la cantidad de yodo libre realizando una valoración con una solución patrón. Se debe procurar que se dé la sustitución del halógeno y no 23 la sustitución de hidrógeno por el halógeno. Para garantizar esta situación se debe realizar el ensayo en ausencia de la luz. El índice de yodo se aplica a nivel industrial para identificación de un aceite o grasa. Según el índice de yodo los aceites vegetales pueden dividirse en tres grupos: Cuadro 2. Clasificación de los aceites según el índice de yodo Índice de yodo Tipo de Aceite ≥ 140 Secante 110 - 140 < 110 Semi-secante No secante Ejemplos aceite de Ricino deshidratado, aceite de Linaza Aceite de Soja refinado.y aceite de Colza Aceite de Orujo y aceite de Ricino primera presión Fuente: Transformaciones Químico Industriales S.L. Aceites. [En línea]. 10 de Mayo del 2010. [Fecha de consulta: 30 de Junio 2015]. Disponible en: <http://traquisa.com/index.php?option=com_content&view=category&layout=blog&id=8& Itemid=15&lang=es > 2.4. Métodos de extracción de un aceite 2.4.1. Extracción por prensado. Es el método más antiguo para la extracción de aceites. Los frutos y semillas oleaginosas previamente pasan a una etapa de lavado, descortezado y trituración, luego son sometidos a presión por equipos batch o de forma continua. La desventaja de este tipo de extracción de aceite es el bajo rendimiento, puesto que luego de exprimir el aceite la pasta prensada tiene un contenido de aceite residual del 5-7%. Además el líquido obtenido es una mezcla compuesta de aceite, sólidos y otros líquidos, por lo que se hace necesario aplicar un proceso de separación. Los equipos que se usan para prensado son: tornillo sin fin, palancas, cuñas, prensas expeller, rodillos, extractores, entre otros. “Para comprender de mejor manera el funcionamiento de la extracción por prensado en frío se va a tomar como ejemplo el funcionamiento del equipo “Oil Expeller”, este consta de una prensa helicoidal que tritura la materia vegetal extrayendo todo tipo de líquido que este contenido en 24 ésta. La mezcla de líquido sólido es dirigida hacia la cabeza de la prensa donde es filtrada de modo tal, que solo el líquido fluye a través de los agujeros de salida situados a los lados de la prensa, mientras que los sólidos molidos son direccionados hacia la parte posterior de la cabeza de la prensa, pudiéndose extraer como una masa con poco contenido de líquidos”. [38] 2.4.2. Extracción por solventes. Esta técnica se inició en el año de 1885 en Francia, utilizando di-sulfato de carbón como solvente, y en 1924 se inició la utilización de derivados de petróleo como solventes. El proceso de extracción por solventes consiste en poner en contacto una fase sólida (materia oleaginosa), previamente triturada o molida, con un solvente (de preferencia orgánico) para separar uno o más componentes (aceite); contenidos en la fase sólida. Esto se da por la acción del solvente. El aceite es separado del solvente por medio de evaporadores y destilación al vacío. Actualmente es la técnica más utilizada industrialmente para la obtención de aceite a partir de semillas y frutos oleaginosos; debido a que posee un alto poder de remoción. La torta resultante del proceso de extracción contiene un aceite residual de alrededor del 1%. Es un mecanismo orientado generalmente a materias primas oleaginosas de un contenido de aceite de alrededor del 20%. En la industria aceitera los equipos utilizados son los extractores Bollman y Esmet, pero, estos equipos tienen el mismo principio de funcionamiento que un equipo soxhlet (usado a nivel de laboratorio), que mediante lavados sucesivos el solvente arrastra el contenido oleaginoso. “Lo que hace el extractor Soxhlet es realizar un sinfin de extracciones de manera automática, con el mismo solvente que se evapora y condensa llegando siempre de manera pura al material. La extracción Soxhlet se fundamenta en las siguientes etapas: 1) colocación del solvente en un balón. 2) ebullición del solvente que se evapora hasta un condensador a reflujo. 3) el condensado cae sobre un recipiente que contiene un cartucho poroso con la muestra en su interior. 4) ascenso del nivel del solvente cubriendo el cartucho hasta un punto en que se produce el reflujo que vuelve el solvente con el material extraído al balón. 5) Se vuelve a producir este proceso la cantidad de veces necesaria para que la muestra quede agotada. Lo extraído se va concentrando en el balón del solvente.”[39] 25 Figura 13. Equipo de extracción soxhlet “El aceite crudo obtenido a partir de extracción por solventes contiene cantidades variables y relativamente reducidas de impurezas que no son glicéridos. Algunas de las impurezas afectan la calidad del aceite para su uso comestible y por lo tanto es necesario eliminarlas. Las impurezas son de dos tipos generales: insolubles y solubles en aceite. Las impurezas insolubles consisten en fragmentos de semillas, excedente de humedad y una fracción cerosa que hace que el aceite refrigerado se vea turbio. Las impurezas solubles en aceite son más difíciles de extraer. Incluyen ácidos grasos libres, fosfátidos, sustancias gomosas o mucilaginosas, cuerpos pigmentados, fracciones de proteínas, tocoferoles, esteroles, carbohidratos, cetonas y aldehídos. Estas impurezas pueden estar en una solución real o en suspensión coloidal. Algunas se encuentran en cantidades mínimas.”[40] 2.4.3. Extracción con fluidos supercríticos. Este método tiene su aplicación principal en la industria de los aceites. Un fluido supercrítico es un gas o líquido en condiciones de presión y temperatura a las de su punto crítico. Se considera punto crítico aquél en el que la fase líquida y vapor se vuelven indistintas, esto es, la fase crítica, determinada normalmente por los parámetros: presión crítica, temperatura crítica y densidad crítica. En esta fase, el fluido tiene propiedades típicas que lo hacen especialmente indicado como solvente de extracción, así: 26 a) El hecho de poseer viscosidades próximas a las del gas, aumenta su poder de difusión. b) Densidades próximas a las del líquido, favorece la interacción entre las moléculas de solvente y soluto. c) Con pequeñas variaciones de presión y temperatura se puede variar la densidad del fluido controlando así su poder solvente. d) La separación del solvente puede ser hecha sencillamente por variación de la presión y/o temperatura. Los fluidos utilizados como solventes de extracción supercrítico son el dióxido de carbono, propano, agua, amoníaco, hexano, etileno, tolueno y el óxido nitroso. De todos los solventes referidos, el más utilizado es sin duda alguna el dióxido de carbono, a causa de los bajos valores de sus parámetros críticos (especialmente la temperatura, que permite su utilización en extracciones con productos volátiles o que se alteran químicamente a altas temperaturas), ser químicamente inerte, no tóxico (lo que lo hace adecuado para la industria alimentaria), no corrosivo y barato.”[41] Figura 14. Extracción por fluidos supercríticos Tiene como ventajas proporcionar un rendimiento mayor al de las prensas hidráulicas, gran ahorro de mano de obra y se adaptan a gran gama de materias primas. Dentro de las desventajas de este proceso está el hecho de que tienen un alto consumo de energía. 2.5. El aceite en la nutrición Los aceites son beneficiosos para la salud en su gran mayoría, sin embargo, existen aceites que afectan seriamente a la salud humana. 27 2.5.1. Beneficios para la salud. Desde el punto de vista nutricional, los ácidos grasos omega-9 se les considera como no esenciales porque pueden ser sintetizados por el organismo, en cambio los ácidos grasos omega-6 y omega-3 son esenciales porque no pueden ser sintetizados por el cuerpo. Se recomienda la ingesta de aceites que son ricos en ácidos grasos mono y poliinsaturados. A continuación se enuncian algunos de los beneficios para la salud por parte de los ácidos grasos más importantes en un aceite: “El ácido alfa linolénico (C 18:3, ω-3). Su ingesta regular ayuda a la eficiencia del funcionamiento del cerebro, como el mejoramiento de la neurotransmisión que contrarresta trastornos psiquiátricos como la depresión y la esquizofrenia. (Tapia, 2005). El ácido linoléico (C 18:2, ω-6). Es útil para varias actividades esenciales como son: cumplir funciones energéticas y de reserva metabólica, y formar la estructura básica de algunas hormonas y de las sales biliares. (Valenzuela, 2003). Este ácido compite con el ω-3 por las mismas enzimas por lo que se deben consumir en diferentes proporciones que equilibren esta acción. (Silveira, 2003). Según el profesor Sanders, del King`s College, en Londres, la proporción omega-3/omega-6 idónea debe estar alrededor de 3:1. (Guillén J., 2009). Ácido graso oléico (C 18:1, ω-9). No es un ácido graso esencial ya que nuestro organismo puede sintetizarlo. Su consumo baja los niveles de colesterol total, de colesterol LDL (colesterol malo) y de triglicéridos. También disminuyen el riesgo de enfermedades cardiovasculares y hepáticas.”[42] Los ácidos grasos omega 3 de cadena corta están presentes en semillas y frutos. Mientras que los ácidos grasos omega 3 de cadena larga están en especies marinas, estos son: el EPA (ácido eicosapentaenoico, C20:5) y el DHA (ácido docosahexaenoico, C22:6). El consumo de EPA y DHA es altamente valorado, puesto que poseen propiedades antinflamatorias, neurodegenerativas, cáncer, artritis, enfermedades cardiovasculares, entre otras. Sin embargo esto no quiere decir que el consumo de omega 3 de cadena corta sea menos importante, al contrario es recomendable su ingesta en la dieta, ya que al ingresar al organismo reacciona con enzimas para formar ácidos grasos omega 3 de cadena larga. Además los aceites son beneficiosos ya que previenen quemaduras de la piel. Además de ser beneficioso para el cabello y uñas. 2.5.2. Daños para la salud. Los daños a la salud se deben principalmente a la ingesta de aceites ricos en ácidos grasos saturados y ácidos grasos trans. 28 Además la ingesta en exceso de aceites saturados, principalmente ricos en ácido palmítico, puede generar enfermedades de tipo cardiaco, debido a una elevación de los niveles de colesterol en la sangre y arterias. Se recomienda tener una dieta equilibrada de estos aceites, puesto que esto causará más beneficio que daño a la salud. La “American Dietetic Association” expresa que un adulto debe ingerir del 20-35% de calorías en forma de grasas, evitando los aceites ricos en ácidos grasos saturados y las grasas trans. 2.6. Aplicaciones de los aceites vegetales Los aceites son utilizados principalmente en el proceso de fritura, en donde, se usa el aceite con el fin de transferir velozmente calor al alimento para su cocción. Además el calor que se transfiere provoca la eliminación de microorganismos y la inactivación de enzimas. Cabe recalcar que la fritura aporta efecto lubricante, sabor, dorado y textura crocante a los alimentos, características que no se consiguen con otros medios de cocción. Sin embargo, el agua aportada por los alimentos en el proceso de fritura provoca un aceite de baja calidad con un color y sabor diferente al original, además las altas temperaturas provocan un aceite más viscoso que se absorbe fácilmente por el alimento. Ante esto, es importante la atención a la calidad del aceite para freír. Cuando un aceite es más saturado es más estable a las disociaciones oxidativas e hidrolíticas y no se polimerizan. Dentro del arte culinario los aceites se usan como aderezo de las ensaladas y vegetales, para sazonar y guisar las comidas. A nivel industrial se aplica en la elaboración de aliños, mayonesas, bases para margarinas, mantecas vegetales, en panadería, repostería, en la industria de los embutidos y atunes enlatados, pastas, mezclas para sopas, helados, salsas, entre otras. Todos estos productos están presentes en la dieta del ser humano. “Es ampliamente usado en la industria farmacéutica como en la producción de preservativos; en alimentos industriales procesados una parte de este ácido debe ser saturado con hidrógeno para que el alimento sea más estable, lo que hace que se originen grasas hidrogenadas y de configuración trans, que en nuestro organismo funcionan se comportan como grasas saturadas. Aquí radica el problema que se plantea en la industria mundial al intentar erradicar las grasas malas saturadas o parcialmente hidrogenadas.” [43] 29 Un sin número de los aceites existentes en la naturaleza también tienen efectos beneficiosos para la piel, cabello y uñas. Son altamente hidratantes, ya que poseen altos contenidos de vitamina E, la que es utilizada ampliamente en el cuidado de la piel y se aplican directamente en el cuerpo. Debido a la reacción de saponificación, que es diferente en cada tipo de aceite, se pueden elaborar jabones, usados para limpieza de la piel y ropa. 30 3. EXTRACCIÓN SÓLIDO- LÍQUIDO 3.1. Generalidades “La extracción sólido- líquido es una operación unitaria cuya finalidad es la separación de uno o más componentes contenidos en una fase sólida, mediante la utilización de una fase líquida o disolvente” [44] Figura 15. Esquema de extracción sólido – líquido Los componentes de un sistema de extracción sólido-líquido son las que se describen a continuación: Soluto.- Sustancia que se desea extraer, es decir, es el componente o componentes que se transfieren desde es sólido hasta el solvente. Inerte.- Sólido que es insoluble en el solvente. De aquí nace la necesidad de utilizar un solvente a fin a lo que se desea extraer o separar. Solvente.- Se define como la parte líquida que entra en contacto con la parte sólida para separar todos los compuestos solubles en ella. Extracto.- Es la mezcla o solución producto de la extracción, conformada por el soluto y el solvente. Refinado.- Es el sólido inerte que contiene parte de la solución retenida por el mismo. 31 En una extracción sólido- líquido las operaciones que intervienen son las siguientes: Un cambio de fase del soluto, que es prácticamente instantánea. Una difusión del soluto a través del solvente que está contenido en los poros del inerte. Una transferencia del soluto desde las inmediaciones de la interfase sólido-líquido hasta el seno de la masa principal del solvente. Es una extracción continua que se realiza en un sistema cerrado y con un solvente caliente. El proceso consiste en la maceración de la muestra sólida a extraer contenida en un cartucho colocado en la cámara de extracción, con un disolvente orgánico, previamente vaporizado y condensado en un refrigerante. El paso del disolvente orgánico con parte del producto extraído al matraz inicial, permite que el mismo disolvente orgánico vuelva a ser vaporizado, repitiendo un nuevo ciclo de extracción, mientras que el producto extraído, no volátil, se va concentrando en el matraz. 3.2. Fundamento “El fundamento es aprovechar diferencias de solubilidad de los sólidos en un determinado disolvente. Es una operación con transporte de masa entre fases. Para llevar a cabo el proceso es necesario: Contacto del disolvente en el sólido a tratar, para disolver el componente soluble o soluto. Separación de la solución y el resto del sólido con la solución adherida al mismo. La solución separada se denomina flujo superior o extracto y el sólido inerte acompañado de la solución retenida por el mismo, flujo inferior o refinado. Una unidad de extracción, que recibe el nombre de ideal o teórica, cuando la solución correspondiente al extracto, tiene la misma concentración que la retenida por el sólido en el flujo inferior. La transferencia de masa tiene lugar en el sentido sólido-líquido y no se considera el caso inverso.”[45] 3.3. Factores que intervienen en la extracción 3.3.1. Naturaleza del solvente. Se recomienda que el solvente debe ser lo más selectivo posible y además debe cumplir con ciertas recomendaciones: 32 No debe ser tóxico. Debe tener bajo punto de ebullición (50-70 °C). Debe ser miscible en agua (sólido-líquido) o inmiscible (líquido- líquido). Baja tendencia a formar emulsiones. Baja viscosidad para que pueda circular con facilidad. Bajo costo y fácil adquisición. Los solventes más utilizados para realizar una extracción con solventes son Metanol (CH3OH), agua, etanol (CH3CH2OH), Isopropanol (CH3CHOHCH3), Acetona (CH3COCH3), Eter dietilico (CH3CH2OCH2CH3), cloroformo (CHCl3), Benceno (C6H6), Hexano (C6H14). 3.3.2. Tamaño de partícula. Con el fin de conseguir una extracción rápida y completa de los componentes a separar, el tamaño de partícula del sólido a extraer debe reducirse. Esto se logra con la trituración de la materia prima. Con esto se ofrece al disolvente superficies de contacto grandes y recorridos de difusión cortos. Pero tamaños de partícula demasiado pequeños, considerados como polvos muy finos, pueden causar un apelmazamiento de las partículas, dificultando el paso del solvente y por consiguiente, el proceso de extracción. Así también, tamaños de partícula grandes o muy grandes también provocan dificultades en la extracción. 3.3.3. Tiempo de extracción. El disolvente se satura de solutos. Incluso en ocasiones puede disminuir la concentración debido a degradación del activo. El tiempo de extracción depende de las características de la materia prima, como es el grado de división y la dureza. Además de la naturaleza del soluto que se necesita extraer, como es la volatilidad, oxidante, hidrolizable, etc. La mayor parte de aceite se extrae durante los primeros 30 minutos. 3.3.4. Relación soluto/solvente. Para extraer el contenido de aceite de la harina, la cantidad de solvente varía según el tipo de semilla. La composición del soluto en la alimentación tiene una influencia directa en el gradiente de concentración. Si la cantidad de soluto es alto, el gradiente de concentración también es alto y el 33 proceso de extracción es rápido, mientras que si la cantidad de soluto en la muestra es bajo, el gradiente es bajo y la extracción es lenta. A partir de cierta relación el rendimiento de extracción aumenta muy poco por efectos de la saturación. Para que la solución se sature depende de las propiedades, de la cantidad de sólido o solvente que se ponga. 3.3.5. Temperatura. El aumento de la temperatura provoca un aumento de la velocidad porque la solubilidad es mayor, aumentando los coeficientes de transferencia de materia, favoreciendo la extracción. “Pero también se observa que sobrepasado la temperatura de 50 °C se produce una disminución del poder extractivo del solvente.”[46]. El límite superior de la temperatura se fija atendiendo a criterios de calidad del producto, criterios económicos y de seguridad con respecto al disolvente. Cuanto más alta sea la temperatura del extractor se llegará más rápido al equilibrio, sin embargo, la temperatura la fija el punto de ebullición del disolvente (Eter de Petroleo 40 °C, hexano 60°C, etc.), el punto de degradación del producto, la solubilidad de impurezas y costos de operación. 3.3.6. Agitación. Este parámetro aumenta el coeficiente de transferencia de materia en la interface sólido-líquido, favoreciendo la extracción. También no permite el apelmazamiento y la sedimentación de las partículas sólidas. La agitación permite tener mayor eficiencia en el proceso de extracción porque disminuye la resistencia a la difusión, eliminando la película de fluido que cubre la superficie del sólido en reposo. 3.3.7. Presión. En la extracción de sustancias o los fluidos normales (aceites, antioxidantes, proteínas, etc.) la presión no tiene mayor influencia, sin embargo, en el caso de extracción con fluidos supercríticos la presión si tiene una gran influencia. 34 3.4. Métodos de cálculo de la extracción sólido-líquido 3.4.1. Extracción contacto sencillo. “Se trata de una operación continua que consiste en poner en contacto la alimentación con el solvente, luego se separan las fases, esto es, la solución formada del sólido que contiene la solución retenida.” [47] S YS F M, XM MEZCLA E SEPARACIÓN XF Y R, X Figura 16. Diagrama de extracción en contacto sencillo Donde: F= alimentación, [kg] 𝑋𝐹 = Concentración de soluto en la alimentación S= Solvente 𝑌𝑆 = Concentración de soluto en el solvente M= Mezcla alimentación más solvente 𝑋𝑀 = Concentración de soluto en M E= Extracto (soluto más solvente) R= Refinado Balance en la mezcla: 𝐹+𝑆 =𝑀 (1) 𝐹 ∗ 𝑋𝐹 + 𝑆 ∗ 𝑌𝑆 = 𝑀 ∗ 𝑋𝑀 (2) Cálculo de 𝑋𝑀 : 𝑋𝑀 = 𝐹 ∗ 𝑋𝐹 + 𝑆 ∗ 𝑌𝑆 𝑀 35 (3) 𝑋𝑀 = 𝐹 ∗ 𝑋𝐹 𝐹+𝑆 ( 4) Balance en la separación: 𝑀 =𝐸+𝑅 ( 5) 𝑀 ∗ 𝑋𝑀 = 𝐸 ∗ 𝑌 + 𝑅 ∗ 𝑋 ( 6) 3.5. Rendimiento El rendimiento del aceite depende del equipo empleado, de los pre-tratamientos que se han utilizado, de la naturaleza de la materia prima, condiciones de cultivo y de la cantidad de materia prima utilizada en el proceso. Con el método de extracción por solventes se obtiene mayor rendimiento, ya que al utilizar un solvente orgánico facilita la liberación y recuperación del aceite durante el proceso. La fórmula matemática del rendimiento con respecto al valor de la alimentación es la siguiente: %𝐴 = 𝑚𝐴 ∗ 100 𝐹 (7) Donde: %A= Rendimiento con respecto a la alimentación, [%] 𝑚𝐴 = Cantidad de soluto extraído, [Kg] 𝐹= Cantidad de muestra utilizada o alimentación, [Kg] La fórmula matemática del rendimiento con respecto a la cantidad de aceite presente en el sólido es la siguiente: %𝑅𝐸 = 𝐸∗𝑌 ∗ 100 𝐹 ∗ 𝑋𝐹 Donde: %𝑅𝐸= Rendimiento del proceso de extracción, [%] 𝐸= Masa del extracto (aceite más solvente), [g] 𝑌=Composición de soluto (aceite) en el extracto 𝑋𝐹 = Concentración de soluto en la alimentación, [%] 36 (8) 4. EXPERIMENTACIÓN 4.1. Diseño Experimental La modalidad empleada para este trabajo se efectúa tomando como base fundamental la investigación experimental, además de la investigación bibliográfica. En este capítulo se describen detalladamente los materiales y los pasos a seguir para la obtención de aceite crudo a partir del morete. Inicialmente se llevan a cabo pruebas preliminares, con los resultados obtenidos se determina la materia prima a ser utilizada en esta experimentación. La segunda parte trata sobre el procedimiento que se utiliza para la obtención de la materia prima definitiva, que es básicamente la harina o polvo proveniente de la pulpa, cáscara o mezcla de pulpa más cáscara, esto depende del resultado del inciso anterior. Además se llevan a cabo análisis para la caracterización de la materia prima. Luego se detalla un procedimiento para la extracción por solventes de aceite de morete variando algunos parámetros en el proceso de extracción. La última parte consiste en la evaluación de la calidad del aceite crudo obtenido. 4.2. Materiales y Equipos Balón de fondo plano Cajas Petri Desecador Crisoles Pinzas metálicas Espátulas Papel filtro cualitativo grueso Mangueras Mufla Vasos para grasa Porta cartuchos Cartuchos recuperadores Equipo de extracción Goldfisch V= 250 ml R: 0-600 °C 37 ; Ap ± 50 ml Refrigerante Sifón equipo soxhlet Núcleos de ebullición Picetas Plancha de calentamiento Probeta Vasos de Precipitación V: 50 ml ; Ap ± 1 ml V: 100 ml ; Ap ± 2 ml V: 100 ml ; Ap ± 10 ml V: 500 ml ; Ap ± 50 ml V: 1000 ml ; Ap ± 100 ml Termómetro R: 0 - 100 °C ; Ap ± 2 °C Matraz Erlenmeyer V: 500 ml ; Ap ± 50 ml V: 1000 ml ; Ap ± 200 ml Ap ± 0,0001 g ; R: 0-2000 g V: 50 ml ; Ap ± 1 ml V: 25 ml ; Ap ± 0,5 ml Tubos de digestión Kjeldahl Balanza Analítica Equipo de digestión Destilador de proteínas Bureta Soporte universal Pinzas para bureta Agitadores mecánicos Vasos Berzelius Equipo de digestión de fibra Embudos plásticos Tela de algodón Estufa de circulación forzada Picnómetro V: 10 ml Matraz de tapa esmerilada V: 1000 ml Pipetas V: 5 ml ; Ap ± 0,5 ml V: 10 ml ; Ap ± 1 ml V: 2 ml ; Ap ± 0,5 ml Papel aluminio Cuchillos Bandejas y recipientes plásticos 38 Fundas herméticas Frascos ámbar Cronómetro Rotavapor Molino pulverizador Brochas y pinceles Tamizador automático 4.3. Sustancias y reactivos Agua destilada H2O(l) Hidróxido de sodio estandarizado NaOH(sln) (0,0979395 N), (0,503355 N) Alcohol neutro C2H5OH(l) Fenolftaleína C20H14O4(l) (1%) Almidón (1%) Agua destilada libre de CO2 H2O(l) Yoduro de potasio saturado KI(sln) (1g/ml) Tiosulfato de sodio estandarizado Na2S2O3*5H2O(sol)(0,0105218 N),(0,1026725 N) Ácido clorhídrico estandarizado HCl(sln) (0,493375) Hidróxido de potasio KOH(l) (0,5 N) Ftalato ácido de potasio C8H5KO4(sln) (0,5 N) Cloroformo CHCl3(l) Reactivo de wijs Yoduro de potasio KI(sln) (15%) , KI(s) Dicromato de potasio K2Cr2O7(sln) (0,1 N) Ácido clorhídrico concentrado HCl(l) Tableta Kjeldahl Ácido sulfúrico concentrado H2SO4(l) Ácido bórico H3BO3(sln) (2%) Hidróxido de sodio NaOH(sln) (0,1 N), (0,3125 N) Ácido sulfúrico H2SO4(l) (0,162 N), (0,26285 N) Antiespumante Anaranjado de metilo Éter de petróleo 39 4.4. Procedimientos y métodos 4.4.1. Pruebas preliminares para la determinación de la materia prima a utilizar en la extracción de aceite Se realiza una prueba preliminar de la determinación del contenido de aceite presente en la pulpa, en la cáscara del fruto morete y en una mezcla de pulpa más cáscara, con la cual se escoge la parte del fruto que se utiliza como materia prima definitiva para la realización de esta experimentación, sea esta solo pupa, cáscara o pulpa más cáscara. Cabe recalcar que antes de realizar la prueba del contenido de aceite, cada parte del fruto debe estar previamente seca y triturada. El procedimiento que se sigue para la prueba fisicoquímica del contenido de aceite es el determinado en la norma A.O.A.C. 920.39. Cereal Wheat flour. Crude fat of Ether Extract. Nota.- El detalle del procedimiento se describen en el ANEXO A. Mientras que los resultados de estas pruebas se pueden observar de una manera detallada en el capítulo 5, específicamente en la tabla 4 del numeral 5.1.3. 4.4.2. Procedimiento definitivo para la obtención de materia prima utilizada en la extracción del aceite crudo de morete Para esta investigación, la materia prima que se utiliza en la obtención de aceite, es el polvo o harina proveniente de la pulpa de morete. El fruto se somete a procesos de clasificación, lavado, despulpado, troceado, secado y molienda. A continuación se presenta la figura 17, en donde, se aprecia el diagrama de bloques del proceso para la obtención de harina o polvo de morete. 40 Agua Potable Morete CLASIFICACIÓN LAVADO Morete sin Impurezas DESPULPADO Pulpa Morete TROCEADO Pulpa Seca SECADO Cáscara Pepas Impurezas HARINA DE MORETE MOLIENDA Pulpa en Trozos Frutos en Mal estado Fruto Morete T= 60 °C t= 12 h Agua Evaporada Figura 17. Diagrama de flujo del procedimiento de obtención de la materia prima para la extracción de aceite crudo de pulpa de morete 41 4.4.2.1. Clasificación de los frutos Se eligen los frutos maduros, lo que se evidencia por la coloración rojo-marrón, además que no presenten abolladuras, golpes o manchas y que no tengan un olor putrefacto. Luego se escogen los frutos que presenten un tamaño uniforme. 4.4.2.2. Lavado de los frutos Se retiran manualmente todas las impurezas (basuras, restos de ramas y raíces) que pudieran encontrarse adheridos a los frutos. Luego se colocan los frutos en recipientes de agua limpia para retirar los restos de tierra que pudiesen contener. Con ayuda de un cepillo suave se raspa los frutos para retirar las impurezas que pueden estar muy adheridas al fruto. Se tiene cuidado de no dañar la cascara del fruto. Nuevamente se enjuaga los frutos con agua. 4.4.2.3. Despulpado de los frutos Con ayuda de un cuchillo se retira la cascara del fruto. Se tiene especial cuidado de no remover una gran cantidad de pulpa junto con la cáscara. Se realiza un corte vertical en la pulpa del fruto para remover la semilla. Se repite este procedimiento tanto para la porción de frutos que se destinan a la caracterización fisicoquímica, y para los frutos destinados para la extracción de aceite. 4.4.2.4. Secado de muestras Para el desarrollo de este proceso se realiza experimentaciones previas de secado en el laboratorio, con el fin de determinar la temperatura de secado y el tiempo necesario para obtener una humedad del 10% en base seca. Las muestras se someten a un secado en una estufa de aire forzado a temperaturas de 50, 60, 70, 80, 90 y 100 °C hasta peso constante. Del resultado de estos tratamientos se elige la temperatura y tiempo adecuados, basándose únicamente en características organolépticas. Se justifica este paso puesto que no se cuenta con información bibliográfica necesaria que definan los parámetros: temperatura y tiempo de secado para la materia prima utilizada en esta investigación. 42 El procedimiento que se utiliza es el siguiente: Se corta la pulpa en trozos pequeños, de un porte aproximado de 1cm y de un espesor fino. Se pesa 50 g de pulpa de morete. La pulpa se ubica en bandejas elaboradas con papel aluminio, con una dispersión adecuada de la pulpa para evitar aglomeraciones. Para deshidratar las muestras de pulpa se utiliza una estufa de ventilación forzada. Se varía la temperatura de secado en valores de 50, 60, 70, 80, 90 y 100 °C. Se sacan las muestras de la estufa cada 15 min, y se enfría en un desecador hasta temperatura ambiente. Luego se pesan las muestras de pulpa en una balanza analítica y se registra su peso. Se repite este procedimiento hasta que las muestras alcancen peso constante. Mediante un análisis organoléptico que incluye olor y aspecto físico se escoge la mejor temperatura de secado. Se realiza el secado del resto de la pulpa a la temperatura escogida en el punto anterior y por el tiempo suficiente hasta obtener una humedad del 10%. Después del proceso de secado se apaga la estufa y se enfría hasta temperatura ambiente. Finalmente se recolecta todas las muestras secas de las bandejas y se almacena en fundas de polietileno herméticamente selladas. 4.4.2.5. Molienda de la materia prima Se pesa las muestras en una balanza analítica y se registra su peso. Utilizando un molino pulverizador se coloca la muestra paulatinamente en la tolva recolectora y se reduce el tamaño de la partícula al mínimo requerido. Se pesa la cantidad de harina recogida y se empaca en fundas plásticas herméticas para posteriores usos, tanto para caracterización fisicoquímica como para la obtención de aceite. 4.4.3. Caracterización de la Materia Prima En este punto se realiza una caracterización fisicoquímica del fruto entero y luego de la pulpa del fruto, con lo que se determina la composición nutricional de la materia prima. Para la caracterización fisicoquímica de las muestras de pulpa consideradas en esta investigación, se utiliza las técnicas propuestas por las normas A.O.A.C. e INEN. 43 4.4.3.1. Determinación del tamaño y proporciones del fruto. Se escoge una muestra representativa del lote de frutos de morete, para este caso, se toman 19 frutos. Con ayuda de un pie de rey se mide el largo y el ancho de cada fruto. Finalmente se calcula el diámetro y longitud promedio. Para la determinación de las proporciones del fruto, se toma una muestra representativa del lote: 19 frutos. En una balanza analítica se pesa fruto por fruto y se registra su peso. Con ayuda de un cuchillo se separa la pulpa, cascara y semilla de un solo fruto. Se pesa por separado la cantidad de cascara, pulpa y semilla de un solo fruto y se registran sus pesos. Se repite el procedimiento con todos los frutos del lote. Finalmente se calcula el peso promedio de un fruto entero y de cada componente del fruto. 4.4.3.2. Determinación de la Humedad. El procedimiento que se sigue para la realización de esta prueba es el descrito en la Norma A.O.A.C., 925.10, 1990. 4.4.3.3. Determinación de Fibra Cruda. Para este ensayo se utiliza la norma A.O.A.C. 1975 Cereal Food Wheat Flour. Crude fiber (f8) Official First Action. 4.4.3.4. Determinación del Extracto Etéreo o Contenido de Aceite. La prueba se realiza mediante el uso de la norma A.O.A.C. 920.39. Cereal Wheat flour. Crude fat of Ether Extract. Nota.- Este procedimiento se sigue también para la determinación del contenido de aceite de la cáscara y la mezcla pulpa más cáscara del fruto morete. 4.4.3.5. Determinación de ceniza. El procedimiento que se sigue para esta prueba es la que se describe en la Norma INEN 0520-1981. Harinas de origen vegetal. Determinación de la ceniza. 4.4.3.6. Determinación de proteína. Esta prueba se realiza con la Norma INEN 0519-1981. Harinas de origen vegetal. Determinación de la proteína. Nota.- La descripción de cada uno de los procedimientos establecidos en las anteriores Normas se ilustran en el ANEXO A. 44 4.4.4. Extracción del aceite de morete: Definición de las variables de extracción del aceite de morete La extracción solido-líquido por solventes de aceites a partir de materias vegetales, tales como pulpas, cascaras y semillas de frutos están influenciadas por factores como el tipo de solvente, tiempo de extracción, tamaño de partícula, temperatura y relación soluto-solvente. Por esto, es importante evaluar la influencia que tienen estos parámetros sobre el proceso de extracción de aceites. Sin embargo, para esta investigación el aceite de morete se extrae por extracción solidolíquido por solventes y se ha considerado los factores principales como son el tiempo de extracción, el tamaño de partícula y la relación soluto/solvente. El método y los factores escogidos han quedado establecidos con criterio y amparados en la revisión de publicaciones realizadas sobre extracciones de aceites fijos a partir de otras matrices vegetales. Los valores para los parámetros que se mantienen constantes durante todo el proceso se fundamentan también en investigaciones bibliográficas y optimizaciones de extracción realizadas para otras matrices vegetales. La temperatura de extracción se fija en 50 °C y el tipo de solvente seleccionado es el éter de petróleo. 4.4.4.1. Procedimiento para la evaluación del parámetro tiempo de extracción. Esta variable se la relaciona directamente con el rendimiento del proceso de extracción. Para encontrar su relación con el rendimiento del proceso, se realiza la extracción del aceite variando la cantidad de tiempo. Luego se calcula la cantidad de aceite obtenido y el rendimiento del proceso, con lo que se determina el mejor tiempo de extracción. El diagrama de la figura 18, que se ilustra a continuación muestra el esquema del diseño experimental con respecto al parámetro tiempo de extracción, que se aplica para esta investigación: 45 TIEMPO DE EXTRACCIÓN t1 t2 t3 t4 t5 M top G: 0.8mm , t6 Rs/slv = 1/8 [g morete/ml solvente] t7 t8 t9 t10 Figura 18. Diseño experimental para la evaluación del parámetro tiempo de extracción del aceite de pulpa de morete Donde: 𝑀= Muestra de Morete 𝑡𝑖= tiempo de extracción 𝑡𝑜𝑝= Mejor tiempo de extracción G= Tamaño de partícula inicial Rs/slv= Relación soluto/solvente inicial 46 Variables Independientes o de entrada: Tiempo de extracción Variable dependiente o de respuesta Rendimiento A continuación se menciona el procedimiento variando el tiempo de extracción: Se pesa 10 g de muestra sólida, previamente seca y molida. El papel filtro cualitativo grueso se dobla en forma de un paquete, de tal manera que abarque toda la cantidad de muestra que se pesa anteriormente. Se realiza las conexiones necesarias para armar un equipo soxhlet. El cartucho de papel que contiene la muestra se coloca en el interior del sifón del soxhlet. Se pesa un balón de fondo plano vacío de 100 ml de capacidad, previamente lavado y seco. En una sorbona de gases y con una probeta se mide 60 ml de solvente (éter de petróleo) y se adiciona en el balón de fondo plano previamente pesado. Inmediatamente se adapta el balón al equipo soxhlet. El sistema se caliente a una temperatura de 50 °C. El proceso de extracción se mantiene por un tiempo de 5 min. Una vez trascurrido este tiempo, se retira el cartucho que contiene la torta sólida del sifón del soxhlet. Se detiene el calentamiento del sistema soxhlet y se retira el balón que contiene la solución aceite-solvente. con ayuda de un rotavapor, se separa el solvente del aceite por destilación al vacío. El procedimiento respectivo se describe en el numeral 4.4.5. En una balanza se pesa el balón con la muestra de aceite y se registra el peso. Se calcula el contenido de aceite extraído por diferencia de pesos. Este procedimiento se repite para tiempos de extracción que oscilan entre 10, 15, 20, 25, 30, 60, 90, 100 y 120 min. Nota.- El mejor tiempo de extracción es el que se utiliza para la evaluación del siguiente parámetro. 4.4.4.2. Procedimiento para la evaluación del parámetro tamaño de partícula. Esta variable se la relaciona también con el rendimiento del proceso de extracción. Para este análisis el tiempo es constante durante la extracción. Además se trabaja con tres tamaños de partícula: ≥0,42 mm, de 0,25 – 0,3 mm y ≤ a 0,21 mm. Luego de la extracción, se calcula la cantidad de aceite extraído y 47 finalmente se cuantifica el rendimiento del proceso, con lo que se determina el mejor tamaño de partícula para la extracción. La figura 19 muestra el diseño experimental para la evaluación del tamaño de partícula de la pulpa de morete: TAMAÑO DE PARTÍCULA G1 M G2 Gop top, Rs/slv = 1/8 [g morete/ml solvente] G3 Figura 19. Diseño experimental para la evaluación del parámetro tamaño de partícula en la extracción de aceite de pulpa de morete Donde: 𝑀= Muestra de Morete 𝐺𝑖= Tamaño de partícula 𝐺𝑜𝑝= Mejor opción de tamaño de partícula 𝑡𝑜𝑝 = Mejor tiempo de extracción Rs/slv= Relación soluto/solvente inicial Variables Independientes o de entrada: Tamaño de partícula Variable dependiente o de respuesta: Rendimiento A continuación se explica el procedimiento a seguir: 48 Se colocan los tamices apilados uno sobre otro, con el tamiz de abertura mayor arriba y progresivamente disminuyendo su tamaño, hasta llegar al tamiz inferior de menor abertura y bajo el cual se coloca un tamiz recipiente llamado colector. Los tamices para el análisis se seleccionan en función de los tamaños de partícula de pulpa preestablecidos y se describen en la tabla a continuación: Tabla 1. Tamices escogidos para el proceso de tamizado Numero de tamiz Abertura orificios [#] [um] [mm] 40 420 0,42 50 297 0,297 70 212 0,212 fondo - - Se coloca sobre el primer tamiz 100 g de material molido y seco. Se ubica el juego de tamices en el agitador mecánico y se coloca la tapa sobre el tamiz superior. Con el fin de que todo material molido pase a través de todos los tamices, se enciende el agitador automático por un tiempo de 10 min. Transcurrido el tiempo se recoge el polvo retenido en cada tamiz, se etiqueta y se pesa. Se almacena el polvo en fundas plásticas y herméticas. Con cada granulometría y por separado se extrae el aceite, siguiendo el procedimiento que se describe en el numeral 4.4.4.1. , con excepción de los tiempos de extracción, ya que, el tiempo se mantiene constante y se define en el proceso anterior. Nota.- El tiempo de extracción y el tamaño de partícula que se establecen como las mejores, son utilizadas para la evaluación del siguiente parámetro. 4.4.4.3. Procedimiento para la evaluación del parámetro relación soluto/solvente. Esta variable se la relaciona con el rendimiento del proceso de extracción. Para el análisis, el tamaño de partícula y el tiempo de extracción son fijos, factores que se establecen en las experimentaciones anteriores. Luego de la extracción se determina el porcentaje de aceite obtenido y el rendimiento del proceso, con lo que se obtiene la mejor relación solvente-soluto. En la figura 20 se muestra el diseño experimental: 49 RELACIÓN SOLUTO/SOLVENTE R1 R2 R3 R4 R5 M Rop top, Gop R6 R7 R8 R9 R10 Figura 20. Diseño experimental para la evaluación del parámetro relación soluto/solvente en la extracción de aceite de pulpa de morete Donde: 𝑀= Muestra de morete 𝑡𝑜𝑝 = Mejor tiempo de extracción 𝐺𝑜𝑝= Mejor opción de tamaño de partícula 𝑅𝑖= Relación solvente-soluto 𝑅𝑜𝑝= Mejor opción de relación soluto/solvente 50 Variable Independiente o de entrada: Relación soluto/solvente Variable dependiente o de respuesta Rendimiento El procedimiento se detalla a continuación: Se pesan 10 g de harina de morete manteniendo un tamaño de partícula fijo. Se trabaja con volúmenes diferentes de solvente: 5, 10, 15, 30, 45, 60, 70, 80 y 90 ml de éter de petróleo, manteniendo la masa de soluto (harina de morete) constante, es decir, se trabaja con relaciones soluto/solvente (morete: éter de petróleo) de: 2,000; 1,000; 0,667; 0,333; 0,222; 0,167; 0,143; 0,125; 0,11. El procedimiento para la extracción del aceite se realiza siguiendo los lineamientos establecidos en el numeral 4.4.4.1, con excepción del tiempo de extracción, que como ya se dijo será constante. El aceite obtenido se almacena en frascos ámbar y se mantienen en congelación hasta posteriores usos. 4.4.5. Recuperación del solvente. Como es de conocimiento, el aceite que se obtiene del equipo de extracción, no es completamente puro, al contrario, es una mezcla aceite-solvente. Por esto, todo el aceite que se obtiene en los procedimientos de extracción que realizan en ésta investigación, se someten a la separación del solvente, utilizando el método de la rotaevaporación. El procedimiento se describe a continuación: Se controla que la temperatura del baño de agua se encuentre a 40 °C. El balón de evaporación que contiene la solución aceite-solvente, se acopla al rotavapor y se abre la llave de paso de agua al refrigerante. Parcialmente se sumerge el balón de evaporación en el baño de agua. El sistema de rotación del balón de evaporación se enciende, al igual que la bomba de vacío. Se deja que el sistema actué por un lapso de 5 minutos o hasta que no se observe burbujas en el balón de evaporación. Luego se apaga el equipo de rota-evaporación. Finalmente se retira el matraz de evaporación que contiene la muestra de aceite sin trazas de solvente. 51 Nota.- El diagrama de flujo general utilizado en la extracción de aceite a partir de la pulpa de morete se encuentra en el ANEXO C. 4.4.6. Calidad del Aceite obtenido. Para la evaluación de la calidad del aceite de morete, se dispone de una muestra que se obtiene a las mejores condiciones de extracción. Los análisis fisicoquímicos del aceite se realizan con las técnicas propuestas por las siguientes normas: 4.4.6.1. Densidad. Se utiliza el procedimiento establecido en la Norma INEN 0035-1973. Grasas y aceites comestibles. Determinación de la densidad relativa. 4.4.6.2. Índice de Acidez. La determinación del índice de acidez se realiza con la Norma AOAC Official Method 940.28 Fatty Acids (Free) in Crude and Refined Oils. 4.4.6.3. Índice de Peróxidos. Para este procedimiento se usa la Norma INEN 0277-1978. Grasas y aceites. Determinación del índice de peróxido. 4.4.6.4. Índice de Saponificación. Se la determina mediante la Norma INEN 0040-1973. Grasas y aceites comestibles. Determinación del índice de saponificación. 4.4.6.5. Índice de Yodo. La realización de este procedimiento se describe en la Norma INEN 0037-1973. Grasas y aceites comestibles. Determinación del índice de yodo. Nota.- El detalle de cada uno de los procedimientos se detallan en el ANEXO B. 4.4.7. Análisis estadístico. El análisis estadístico se lleva a cabo por medio del análisis de varianza de un solo factor (ANOVA). El análisis de varianza de un solo factor (ANOVA) consiste en la utilización de la razón F para determinar sí las diferencias de las medias (promedios) de dos o más grupos independientes son significativas. Esta prueba responde al planteamiento de dos hipótesis: 𝐻𝑂 : Hipótesis Nula: 𝒎𝟏 = 𝒎𝟐 (No hay diferencia significativa entre los grupos) 52 𝐻𝐴 : Hipótesis Alternativa: 𝒎𝟏 ≠ 𝒎𝟐 (Hay diferencia significativa entre los grupos) Dicho de otro modo, al aceptar la hipótesis nula (Ho) se demuestra que la diferencia que existe entre las medias de los grupos; es producto del azar. En cambio, si se acepta la hipótesis alternativa (Ha) se demuestra que las diferencias existentes entre los grupos son estadísticamente diferentes, es decir, el factor que se está analizando tiene influencia sobre el resultado. Para realizar el cálculo estadístico se utiliza la herramienta informática del programa Microsoft Excel. Sin embargo, a continuación se describe en forma general los pasos a seguir: 1) Estadístico F (Fcalc ).- Permite la comparación de las estimaciones o variabilidad entre grupos e intra grupos. El algoritmo de cálculo se detalla en la tabla 2 y fórmulas a continuación: Tabla 2. Algoritmo de cálculo para el análisis de varianza de un factor Origen de las Suma de Grados de Promedio de Factor f variaciones cuadrados libertad los cuadrados (fcalc) Entre grupos SST 𝑘−1 Dentro de los grupos SSE 𝑛−𝑘 TOTAL SStotal 𝑛−1 𝑆𝑆𝑇 = ∑ ( 𝑀𝑆𝑇 = 𝑀𝑆𝐸 = (∑ 𝑥)2 𝑛 𝑆𝑆𝐸 = 𝑆𝑆𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 − 𝑆𝑆𝑇 Donde: 𝑆𝑆𝑇= Suma de cuadrados entre grupos 𝑆𝑆𝑇 = Sumatoria de cuadrados dentro de los grupos 𝑆𝑆𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = Suma de cuadrados total 𝑘 = Número de grupos 𝑛 = Número total de observaciones 53 𝑆𝑆𝐸 (𝑛 − 𝑘) 𝑀𝑆𝑇 𝑀𝑆𝐸 --- (∑ 𝑥)2 𝑇𝑐2 )− 𝑛𝑐 𝑛 𝑆𝑆𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = ∑ 𝑥 2 − 𝑆𝑆𝑇 (𝑘 − 1) (9) (10) (11) 𝑀𝑆𝑇= Promedio de los cuadrados entre grupos 𝑀𝑆𝐸= Promedio de los cuadrados dentro de los grupos 𝑇𝐶 = Total de la columna de cada tratamiento 𝑛𝑐 = Número de observaciones de cada tratamiento 𝑥 = Cada una de las observaciones 2) Intervalo de confianza (IC). Este intervalo se escoge al azar, para este caso, el intervalo de confianza (IC) es del 95%, lo que significa también un nivel de significancia (𝛼) del 0,05. 3) Valor crítico (Fcrit ). Para hallar el F crítico (𝑭𝒄𝒓𝒊𝒕 ) se toma en cuenta que se trata de una prueba con un intervalo de confianza (IC) del 95%, nivel de significancia (𝛼) de 0,05 y los grados de libertad del numerador y del denominador. Con esta información se ubica en la tabla estadística F de Fisher (Ver anexo L) y se localiza el valor de F crítico. Este valor es constante para todos los cálculos. 5) Interpretación de resultados. La afirmación o negación de la hipótesis nula (Ho) se puede comprobar de dos maneras: a.- La hipótesis nula (Ho) se acepta si se cumple con la condición de que: 𝑭𝒄𝒂𝒍𝒄 < 𝑭𝒄𝒓𝒊𝒕 . b.- Con el valor de la probabilidad (p) que relaciona el nivel de significancia, es decir, la hipótesis nula se acepta si se cumple la condición de que la 𝒑 > 𝟎, 𝟎𝟓. El procedimiento de cálculo estadístico descrito anteriormente es el que se aplica para la prueba preliminar de la materia prima y para los todos los rendimientos (%R) obtenidos de cada parámetro de extracción analizado en la investigación. 54 5. DATOS, CÁLCULOS Y RESULTADOS En este capítulo se recoge datos experimentales para la determinación del contenido de aceite presente en la pulpa, cáscara y en una mezcla pulpa más cáscara y se realiza un pequeño análisis estadístico. Una vez que se selecciona la materia prima, se recoge datos experimentales y observaciones para la determinación de una temperatura y tiempo adecuado de secado de la materia prima. Se registra también datos experimentales para la evaluación y caracterización fisicoquímica del fruto de morete (fruto entero y pulpa). Luego se obtienen datos para la evaluación de las variables del proceso de extracción definidas en el capítulo de procedimientos y métodos, además una interpretación de estos cambios. Se recogen datos experimentales para la extracción definitiva del aceite de morete. Para la determinación de la calidad del aceite, se obtienen datos experimentales de las propiedades fisicoquímicas del aceite obtenido y se realiza una comparación con los valores establecidos en las normas CODEX STAN y A.O.C.S. para un aceite específico (aceite de oliva). Finalmente se elabora un perfil lipídico del aceite. 5.1. Pruebas preliminares para la determinación de la materia prima a utilizar en la extracción de aceite 5.1.1. Datos experimentales para la determinación del contenido de aceite de la pulpa, cáscara y mezcla de pulpa más cáscara del fruto morete Tabla 3. Datos experimentales para la determinación del contenido de aceite del fruto morete Muestra Réplica Peso de muestra [g] PULPA MORETE R1 R2 2,0013 2,0029 55 Peso del frasco vacío [g]] Peso del fco+aceite [g] Peso del aceite obtenido [g] 61,6837 61,1801 62,1487 61,6515 0,4650 0,4714 Tabla 3. (Continuación) CÁSCARA MORETE PULPA MÁS CÁSCARA R3 2,0035 60,9471 61,4106 0,4635 R1 R2 R3 R1 R2 R3 2,0004 2,0009 2,0002 2,0000 2,0001 2,0000 61,3268 60,6291 61,0322 60,4568 61,2198 61,6789 61,3573 60,6595 61,0627 60,7257 61,4886 61,9477 0,0305 0,0304 0,0305 0,2689 0,2688 0,2688 5.1.2. Cálculo de la determinación del contenido de aceite de la pulpa, cáscara y mezcla de pulpa más cáscara del fruto morete. Para la realización de este cálculo se presenta un cálculo modelo correspondiente a la réplica 1 (R1) de la cáscara de morete. %𝐺 = 𝑚𝑣+𝑔 − 𝑚𝑓𝑣 ∗ 100 𝑚𝑚 Donde: %𝐺 = Extracto etéreo 𝑚𝑣+𝑔 = Masa del vaso + aceite 𝑚𝑓𝑣 = Masa del vaso vacío 𝑚𝑚 = Masa de la muestra Calculo modelo del contenido de aceite para la cáscara, replica 1: %𝐺 = 61,3573 − 61,3268 ∗ 100 2,0004 %𝐺 = 0,01525 ∗ 100 %𝐺 = 1,5247 % 56 (12) 5.1.3. Resultados de la determinación del contenido de aceite de la pulpa, cáscara y mezcla de pulpa más cáscara del fruto morete. Tabla 4. Resultados del contenido de aceite de la pulpa, cáscara y mezcla de pulpa más cáscara del fruto morete Análisis Contenido de aceite Muestra R1 R2 R3 Promedio a reportar Pulpa de morete Cáscara de morete Pulpa más cáscara de morete 23,2355 1,5249 23,5373 1,5199 23,1363 1,5245 23,3030 1,5231 13,4427 13,4409 13,4389 13,4408 5.1.4. Análisis estadístico de los resultados del contenido de aceite de la pulpa, cáscara y mezcla de pulpa más cáscara del fruto morete. El análisis estadístico se realiza por medio del análisis de varianza de un solo factor (ANOVA). Se procede tal y como se menciona en el numeral 4.4.7. 5.1.4.1. Comparación del contenido de aceite de la pulpa, cáscara y mezcla pulpa más cáscara Muestra 1: AP (Contenido de aceite de pulpa) Muestra 2: AC (Contenido de aceite de cáscara) Muestra 3: AP+C (Contenido de aceite de la mezcla pulpa más cáscara) Las hipótesis planteadas para el análisis son las siguientes: 𝐻𝑂 : Hipótesis Nula: 𝒎𝟏 = 𝒎𝟐 (No hay diferencia significativa entre las muestras) 𝐻𝐴 : Hipótesis Alternativa: 𝒎𝟏 ≠ 𝒎𝟐 (Hay diferencia significativa entre las muestras) Con los datos que se registran en la tabla 5 y con ayuda del programa de computación Microsoft Excel, se obtienen los siguientes datos estadísticos: 57 Tabla 5. Análisis estadístico para el contenido de aceite de la pulpa, cáscara y la mezcla pulpa más cáscara Resumen Estadístico Pulpa Cáscara Suma Pulpa + cáscara 69,9091 3 4,5693 3 40,3244 3 23,3030 1,5231 13,4415 Error típico Desviación estándar Coeficiente de Variación, % Rango 0,12058 0,20886 0,00160 0,00278 0,00062 0,00107 0,89626 0,401 0,18242 0,005 0,00795 0,0019 Mínimo 23,1363 1,5199 13,4408 Máximo 23,5373 1,5249 Análisis de varianza Cuenta Media Grados Promedio de de los libertad cuadrados Origen de las variaciones Suma de cuadrados Entre grupos 713,66346 2 Dentro de los grupos 0,08726 6 Total 713,75072 8 13,4427 F P 356,83173 24535,941 1,83E-12 Valor crítico para F 5,1433 0,01454 Como se aprecia en la tabla 5 el valor de la probabilidad (P) de 1,83E-12 es menor al valor de 0,05 por lo tanto, se rechaza la hipótesis nula (Ho) y se acepta la hipótesis alternativa (𝐻𝐴 :), es decir, se acepta que el valor promedio del contenido de aceite en la pulpa, cáscara y pulpa más cáscara es significativamente diferente. Por lo que se justifica el rechazo de la cáscara como parte de la materia prima para la extracción de aceite, decidiendo utilizar únicamente la pulpa del fruto como materia prima. 5.2. Evaluación del secado de la materia prima Se realiza el secado de la pulpa de morete siguiendo el procedimiento que se ilustra en el acápite 4.4.2.5. Nota.- El detalle de los datos y cálculos de esta experimentación se ilustran en los ANEXOS E y F respectivamente. 58 5.2.1. Resultados del secado de la materia prima. Los resultados de esta prueba se muestran en las tablas 6-12 y en el gráfico 1 a continuación. Tabla 6. Resultados del cálculo de humedad en base húmeda y en base seca T=50°C Tiempo [min] Tiempo [h] Peso de la muestra [g] Humedad (b.h.) Humedad (b.h.) [%] Humedad (b.s.) Humedad (b.s.) [%] 0 0,0 44,15 0,0000 0,0000 1,7270 172,6992 30 0,5 43,78 0,0084 0,8381 1,7041 170,4138 45 0,8 41,45 0,0612 6,1155 1,5602 156,0222 105 1,8 38,94 0,1180 11,8007 1,4052 140,5188 150 2,5 36,96 0,1629 16,2854 1,2829 128,2891 180 3,0 35,02 0,2068 20,6795 1,1631 116,3064 240 4,0 32,08 0,2734 27,3359 0,9815 98,1544 300 5,0 29,06 0,3417 34,1699 0,7952 79,5182 480 8,0 22,98 0,4795 47,9502 0,4194 41,9395 600 10,0 20,50 0,5357 53,5674 0,2662 26,6214 900 15,0 17,81 0,5966 59,6602 0,1001 10,0062 1344 22,4 16,21 0,6328 63,2843 0,0012 0,1235 1452 24,2 16,19 0,6333 63,3296 0,0000 0,0000 Tabla 7. Resultados del cálculo de humedad en base húmeda y en base seca T=60°C Tiempo [min] Tiempo [h] Peso de la muestra [g] Humedad (b.h.) Humedad (b.h.) [%] Humedad (b.s.) Humedad (b.s.) [%] 0 0,0 50,08 0,0000 0,0000 1,7262 172,62 30 0,5 49,43 0,0130 1,2979 1,6908 169,08 60 1,0 45,55 0,0905 9,0455 1,4796 147,96 95 1,6 43,47 0,1320 13,1989 1,3664 136,64 140 2,3 40,49 0,1915 19,1494 1,2041 120,41 180 3,0 38,55 0,2302 23,0232 1,0985 109,85 240 4,0 34,9838 0,3014 30,1442 0,9044 90,44 300 5,0 32,028 0,3605 36,0463 0,7435 74,35 480 8,0 25,0962 0,4989 49,8878 0,3662 36,62 600 10,0 21,884 0,5630 56,3019 0,1913 19,13 900 15,0 19,595 0,6087 60,8726 0,0667 6,67 1235 20,6 18,38 0,6330 63,2987 0,0005 0,05 1455 24,3 18,37 0,6332 63,3187 0,0000 0,00 59 Tabla 8. Resultados del cálculo de humedad en base húmeda y en base seca T=70°C Tiempo [min] Tiempo [h] Peso de la muestra [g] Humedad (b.h.) Humedad (b.h.) [%] Humedad (b.s.) Humedad (b.s.) [%] 0 0,0 50 0,0000 0,0000 1,6567 165,6748 30 0,5 48,8 0,0240 2,4000 1,5930 159,2986 70 1,2 44,93 0,1014 10,1400 1,3874 138,7354 110 1,8 42,85 0,1430 14,3000 1,2768 127,6833 145 2,4 39,87 0,2026 20,2600 1,1185 111,8491 180 3,0 37,93 0,2414 24,1400 1,0154 101,5409 300 5,0 31,58 0,3684 36,8400 0,6780 67,8002 456 7,6 24,99 0,5002 50,0200 0,3278 32,7843 600 10,0 21,26 0,5748 57,4800 0,1296 12,9649 744 12,4 20,7 0,5860 58,6000 0,0999 9,9894 840 14,0 19,78 0,6044 60,4400 0,0510 5,1010 1235 20,6 18,84 0,6232 62,3200 0,0011 0,1063 1330 22,2 18,82 0,6236 62,3600 0,0000 0,0000 1420 23,7 18,82 0,6236 62,3600 0,0000 0,0000 Tabla 9. Resultados del cálculo de humedad en base húmeda y en base seca T=80°C Tiempo [min] Tiempo [h] Peso de la muestra [g] Humedad (b.h.) Humedad (b.h.) [%] Humedad (b.s.) Humedad (b.s.) [%] 0 0,0 50,15 0,0000 0,0000 1,7248 172,4788 30 0,5 46,5 0,0728 7,2782 1,5265 152,6474 60 1,0 43,72 0,1282 12,8215 1,3754 137,5429 95 1,6 40,51 0,1922 19,2223 1,2010 120,1020 140 2,3 37,75 0,2473 24,7258 1,0511 105,1062 180 3,0 34,76 0,3069 30,6879 0,8886 88,8607 240 4,0 30,97 0,3825 38,2453 0,6827 68,2686 300 5,0 26,34 0,4748 47,4776 0,4311 43,1125 480 8,0 23,02 0,5410 54,0977 0,2507 25,0740 600 10,0 20,14 0,5984 59,8405 0,0943 9,4262 900 15,0 19,12 0,6187 61,8744 0,0388 3,8842 1235 20,6 18,523 0,6306 63,0648 0,0064 0,6406 1455 24,3 18,4051 0,6330 63,2999 0,0000 0,0000 60 Tabla 10. Resultados del cálculo de humedad en base húmeda y en base seca T=90°C Tiempo [min] Tiempo [h] Peso de la muestra [g] Humedad (b.h.) Humedad (b.h.) [%] Humedad (b.s.) Humedad (b.s.) [%] 0,00 0,00 50,08 0,0000 0,0000 1,7248 172,48 30,00 0,50 45,5 0,0915 9,1454 1,4757 147,57 60,00 1,00 43,43 0,1328 13,2788 1,3630 136,30 96,00 1,60 39,19 0,2175 21,7452 1,1323 113,23 138,00 2,30 36,73 0,2666 26,6573 0,9985 99,85 180,00 3,00 33,3 0,3351 33,5064 0,8119 81,19 240,00 4,00 29,23 0,4163 41,6334 0,5904 59,04 300,00 5,00 25,08 0,4992 49,9201 0,3646 36,46 480,00 8,00 20,5 0,5907 59,0655 0,1154 11,54 600,00 10,00 19,01 0,6204 62,0407 0,0343 3,43 900,00 15,00 18,92 0,6222 62,2204 0,0294 2,94 1236,00 20,60 18,379 0,6330 63,3007 0,0000 0,00 1452,00 24,20 18,379 0,6330 63,3007 0,0000 0,00 Tabla 11. Resultados del cálculo de humedad en base húmeda y en base seca T=100°C Tiempo [min] Tiempo [h] Peso de la muestra [g] Humedad (b.h.) Humedad (b.h.) [%] Humedad (b.s.) Humedad (b.s.) [%] 0 0,00 50,000 0 0 1,7272 172,7174 30 0,50 46,120 0,0776 7,76 1,5155 151,5545 60 1,00 40,830 0,1834 18,34 1,2270 122,7010 96 1,60 37,720 0,2456 24,56 1,0574 105,7380 138 2,30 35,210 0,2958 29,58 0,9205 92,0476 180 3,00 31,720 0,3656 36,56 0,7301 73,0119 240 4,00 28,120 0,4376 43,76 0,5338 53,3762 300 5,00 22,520 0,5496 54,96 0,2283 22,8319 480 8,00 19,180 0,6164 61,64 0,0461 4,6144 600 10,00 19,020 0,6196 61,96 0,0374 3,7417 900 15,00 18,500 0,63 63 0,0091 0,9054 1236 20,60 18,350 0,633 63,3 0,0009 0,0873 1452 24,20 18,334 0,63332 63,332 0,0000 0,0000 61 Tabla 12. Observaciones del proceso de secado a 50, 60, 70, 80, 90 y 100 °C Humedad requerida (b.s.) [%] Temperatura [°C] 50 60 70 10 Tiempo [h] 15,79 12,39 11,45 80 9,35 90 7,92 100 6,97 Observaciones Color normal, no hay presencia de gotas de aceite en la base de la bandeja, olor agradable Color crema, consistencia aceitosa, no hay presencia de gotas de aceite en la base de la bandeja, olor agradable Color café, consistencia aceitosa, hay presencia de gotas de aceite en la base de la bandeja, olor agradable Color café oscuro, consistencia aceitosa, hay presencia de gotas de aceite en la base de la bandeja, olor agradable. Color café-negro, consistencia aceitosa, hay presencia de muchas gotas de aceite en la base de la bandeja, olor agradable Color negro, consistencia aceitosa, hay presencia de muchas gotas de aceite en la base de la bandeja, olor a quemado 5.2.2. Construcción de Curvas de secado de la materia prima. A continuación se ilustra el grafico de humedad en base seca versus tiempo de secado, realizado a partir de los datos de humedad en base seca de las tablas 6, 7, 9, 9, 10 y 11. En el cual se identifica el comportamiento de la materia prima frente a diferentes temperaturas de secado y a su vez se determina el mejor tiempo de secado, sin descuidar las características organolépticas. 62 Humedad (b.s), % HUMEDAD vs TIEMPO 200,00 190,00 180,00 170,00 160,00 150,00 140,00 130,00 120,00 110,00 100,00 90,00 80,00 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 tiempo, h 50°C 60°C 70°C 80°C 90°C 100°C Gráfico 1. Humedad en base seca en función del tiempo de secado 5.3. Evaluación de las propiedades fisicoquímicas de la materia prima 5.3.1. Datos experimentales para las propiedades fisicoquímicas de la materia prima Tabla 13. Datos experimentales para la determinación del tamaño y peso del fruto N° Frutos= 20 frutos N° Largo [cm] Ancho [cm] 1 5,4 3,7 5,52 6,76 19,07 2 5,9 3,9 6,45 6,26 19,3 3 4,9 3,9 6,16 7,7 21,84 4 5,4 3,8 5,88 7,28 21,65 5 5,4 4,0 6,59 9,05 23,00 Peso Peso pulpa Peso pepa cáscara [g] [g] [g] 63 26 Tabla 13. (Continuación) 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 TOTAL 5,6 5,6 4,9 5,6 4,6 4,0 6,0 5,7 5,8 5,6 5,4 4,7 4,8 4,6 99,9 3,4 3,8 3,4 3,8 3,6 3,2 4,1 3,8 3,8 4,1 3,9 3,4 3,5 3,5 70,6 7,74 6,12 6,77 7,25 7,33 6,44 7,10 5,85 6,53 6,25 6,75 6,47 6,82 6,59 124,61 10,87 10,96 8,95 9,84 7,59 6,94 10,02 5,40 8,73 7,73 10,36 9,60 9,83 7,83 161,70 19,31 18,94 19,58 19,79 19,41 19,8 19,41 19,87 20,11 18,46 19,47 20,11 19,55 16,74 375,41 Tabla 14. Datos experimentales para la determinación de la humedad Muestra Peso muestra seca [g] Réplica R1 43,9576 48,9593 5,00 46,0244 2,07 R2 R3 49,5793 42,2383 54,5738 47,2303 4,99 4,99 51,6398 44,2977 2,06 2,06 PULPA DE MORETE Peso caja Peso + muestra muestra húmeda húmeda [g] [g] Peso constante de muestra [g] Peso de caja vacía [g] Tabla 15. Datos experimentales para la determinación de la fibra cruda Muestra PULPA DE MORETE Réplica Peso de muestra [g] Peso de crisol + muestra seca [g] R1 1,0005 36,0984 35,8459 R2 1,0016 39,6337 39,3815 R3 1,0005 36,0984 35,8459 64 Peso de crisol + muestra calcinada [g] Tabla 16. Datos experimentales para la determinación del contenido de aceite Muestra PULPA MORETE Réplica Peso de muestra [g] Peso del frasco vacío [g]] Peso del fco. + aceite [g] R1 2,0013 61,6837 62,1487 R2 2,0029 61,1801 61,6515 R3 2,0035 60,9471 61,4106 Tabla 17. Datos experimentales para la determinación de la ceniza Muestra PULPA MORETE Peso de Peso de crisol + crisol + muestra muestra seca calcinada [g] [g] Réplica Peso de crisol vacío [g] R1 24,9413 29,4956 25,1128 R2 35,4960 40,4914 35,6773 R3 28,9234 33,9242 29,1077 Tabla 18. Datos experimentales para la determinación de la proteína bruta Muestra PULPA MORETE Volumen Normalidad MiliFactor de ácido del ácido equivalente conversión consumido [Eqg/Lt] del N N a prot. [ml] Réplica Peso de muestra [g] R1 1,0000 4,70 R2 1,0005 4,90 R3 1,0009 4,70 0,196233 0,014 6,25 5.3.2. Cálculo de las propiedades fisicoquímicas de la materia prima. Para los cálculos de las propiedades fisicoquímicas de la pulpa, se utilizan los datos de las tablas 13-18. Además, para cada propiedad se presenta a continuación un cálculo modelo, correspondiente a la réplica 1 (R1) de cada tabla. 65 5.3.2.1. Cálculo del tamaño y peso del fruto a) Cálculo para la determinación del tamaño del fruto ̅̅̅̅ = 𝑇𝑃 𝑡1 + 𝑡2 + 𝑡3 + ⋯ 𝑡𝑖 30 (13) Donde: ̅̅̅̅ 𝑇𝑃 = Tamaño promedio del fruto, ancho o alto [cm] 𝑡𝑖 = tamaño: alto, ancho del fruto, [cm] 30 =Base de cálculo Cálculo modelo del promedio del fruto: ̅̅̅̅ = 𝑇𝑃 156,4 30 ̅̅̅̅ = 5,2113 𝑐𝑚 𝑇𝑃 b) Cálculos para la determinación del peso del fruto Cálculo para la determinación del peso promedio de la pulpa, cáscara y pepa 𝑃𝑖 = ∑𝑖 19 Donde: 𝑃𝑖 = Peso promedio de cada parte del fruto ∑ 𝑖 = Sumatoria de los pesos de cada parte del fruto Cálculo modelo para el peso promedio de la pulpa 𝑃𝑖 = 161,7 19 𝑃𝑖 = 8,51 𝑔 66 (14) Cálculo para la determinación de la fracción en peso de la pulpa, cáscara y pepa 𝑆𝑇 = 𝑃𝑃 + 𝑃𝐶 + 𝑃𝑃 𝑋𝑖 = 𝑃𝑖 𝑆𝑇 (15) (16) Donde: 𝑆𝑇 = Sumatoria del peso promedio de la pulpa, cáscara y pepa 𝑃𝑃 = Peso promedio de la pulpa del fruto 𝑃𝐶 = Peso promedio de la cáscara del fruto 𝑃𝑃𝑒 = Peso promedio de la pepa del fruto 𝑋𝑖 = Fracción en peso de cada parte del fruto Cálculo modelo para la fracción en peso de la pulpa 𝑆𝑇 = 8,5105 + 6,5584 + 19,7584 𝑆𝑇 = 34,8274 𝑔 𝑋𝑖 = 8,5105 34,8274 𝑋𝑖 = 0,244 Cálculo para la proporción de pulpa, cáscara y pepa en un fruto %𝑃 = 𝑋𝑖 ∗ 100 Donde: %𝑃 = Porcentaje en peso de la pulpa, cáscara o pepa 𝑋𝑖 = Fracción en peso de cada parte del fruto Cálculo modelo para la proporción de pulpa en el fruto %𝑃 = 0,244 ∗ 100 %𝑃 = 24,4 % 67 (17) 5.3.2.2. Cálculo para la determinación de la humedad y materia seca Cálculo para la determinación de humedad de la muestra %𝐻 = (𝑃𝑐+ℎ − 𝑃𝑐𝑣 ) − (𝑃𝑐+𝑚𝑐 − 𝑃𝑐𝑣 ) ∗ 100 (𝑃𝑐+ℎ − 𝑃𝑐𝑣 ) (18) Donde: % 𝐻 = Contenido de humedad 𝑃𝑐+ℎ = Peso de la caja + muestra húmeda 𝑃𝑐𝑣 = Peso de la caja vacía 𝑃𝑐+𝑚𝑐 = Peso de la caja + muestra seca peso constante Cálculo modelo para la humedad de la pulpa, réplica 1: %𝐻 = (48,9593 − 43,9576) − (46,0244 − 43,9576) ∗ 100 (48,9593 − 43,9593) % 𝐻 = 0,5868 ∗ 100 % 𝐻 = 58,6780 % Cálculo para la determinación de la materia seca de la muestra %𝑀𝑠𝑒𝑐𝑎 = 100 − %𝐻 Donde: %𝑀𝑠𝑒𝑐𝑎 = Porcentaje de materia seca %𝐻= Contenido de humedad Cálculo modelo para la determinación de materia seca en la pulpa %𝑀𝑠𝑒𝑐𝑎 = 100 − 58,6780 %𝑀𝑠𝑒𝑐𝑎 = 41,322 % 68 (19) 5.3.2.3. Cálculo para la determinación del contenido de aceite %𝐺 = 𝑚𝑣+𝑔 − 𝑚𝑓𝑣 ∗ 100 𝑚𝑚 (12) Donde: %𝐺 = Contenido de aceite 𝑚𝑣+𝑔 = Masa del vaso + aceite 𝑚𝑓𝑣 = Masa del vaso vacío 𝑚𝑚 = Masa de la muestra Cálculo modelo del contenido de grasa para la pulpa, réplica 1: %𝐺 = 62,1487 − 61,6837 ∗ 100 2,0013 %𝐺 = 0,23235 ∗ 100 %𝐺 = 23,2355 % 5.3.2.4. Cálculo para la determinación de la fibra cruda %𝐹𝐶𝑆𝐷 = 𝑃𝑐+𝑚𝑠 − 𝑃𝑐+𝑚𝑐 ∗ 100 𝑃𝑚 %𝐹 = %𝐹𝑆𝐷 ∗ (100 − %𝐺𝑏𝑠 ) 100 Donde: %𝐹𝐶𝑆𝐷= Fibra cruda seca y desengrasada 𝑃𝑐+𝑚𝑠 = Peso del crisol + muestra seca 𝑃𝑐+𝑚𝑐 = Peso del crisol + muestra calcinada 𝑃𝑚 = Peso de la muestra %𝐹 = Fibra cruda %𝐺𝑏𝑠 = Extracto etéreo promedio Cálculo modelo para la fibra cruda de la pulpa, réplica 1: 69 (20) (21) Fibra cruda y desengrasada: %𝐹𝐶𝑆𝐷 = 36,0984 − 35,8459 ∗ 100 1,0005 %𝐹𝐶𝑆𝐷 = 25,2374 Fibra cruda: 25,2374 ∗ (100 − 23,3030) 100 %𝐹 = %𝐹 = 19,3563% 5.3.2.5. Cálculo para la determinación de cenizas totales %𝐶𝑏𝑠 = (𝑃𝐶𝐶 − 𝑃𝑐𝑣 ) ∗ 100 (𝑃𝐶+𝑚 − 𝑃𝑐𝑣 ) ( 22) Donde: %𝐶𝑏𝑠 = Cenizas totales en base seca 𝑃𝐶𝐶 = Peso del crisol con cenizas 𝑃𝑐𝑣 = Peso del crisol vacío 𝑃𝐶+𝑚 = Peso del crisol +muestra seca Cálculo modelo del contenido de cenizas totales para la pulpa, réplica 1: %𝐶𝑏𝑠 = (25,1128 − 24,9413) ∗ 100 (29,4956 − 24,9413) %𝐶𝑏𝑠 = 0,0377 ∗ 100 %𝐶𝑏𝑠 = 3,7657% 5.3.2.6. Cálculo para la determinación de la proteína cruda % 𝑁𝑖𝑡𝑟𝑜𝑔𝑒𝑛𝑜 = 𝑉 ∗ 𝑁 ∗ 𝑚𝑒𝑞𝑁 ∗ 100 𝑃𝑚 70 (23) %𝑃𝐶𝑏𝑠 = % 𝑁𝑖𝑡𝑟ó𝑔𝑒𝑛𝑜 ∗ 𝐹 (24) Donde: %𝑁𝑖𝑡𝑟ó𝑔𝑒𝑛𝑜= Contenido de nitrógeno 𝑉= Volumen gastado de ácido sulfúrico en la titulación, ml 𝑁 = Normalidad real del ácido sulfúrico, N 𝑚𝑒𝑞𝑁 = Mili equivalente del nitrógeno 𝑃𝑚 = Peso de la muestra %𝑃𝐶𝑏𝑠 = Contenido de proteína cruda en base seca 𝐹 = Factor de nitrógeno para convertir a proteína: 6,25 → para la mayoría de alimentos Cálculo modelo del contenido de proteína cruda para la pulpa, réplica 1: Contenido de nitrógeno: % 𝑁𝑖𝑡𝑟ó𝑔𝑒𝑛𝑜 = 4,4 ∗ 0,1962223 ∗ 0,014 ∗ 100 1,0021 % 𝑁𝑖𝑡𝑟ó𝑔𝑒𝑛𝑜 = 1,2087 % Proteína cruda: %𝑃𝐶𝑏𝑠 = 1,2087 ∗ 6,25 %𝑃𝐶𝑏𝑠 = 7,5387 % 5.3.3. Resultados de las propiedades fisicoquímicas de la materia prima. En las tablas 19 y 21 se ilustran los resultados promedio de las propiedades fisicoquímicas del fruto y pulpa, respectivamente. Mientras, que en la tabla 20 se muestra el resultado de la proporción en peso de los componentes del fruto: pulpa, cáscara y pepa. Finalmente en la tabla 22 se encuentran los resultados totales de la caracterización físico-química de la pulpa del fruto, en base seca. 71 Tabla 19. Resultados del tamaño promedio del fruto: largo y ancho Descripción Tamaño promedio [cm] Largo 5,213 Ancho 3,703 Tabla 20. Resultados de la proporción de la pulpa, cáscara y pepa del fruto Parte del fruto Peso promedio [g] Fracción en peso [x] Proporción [%] PULPA 8,5105 0,244 24,4363 CÁSCARA 6,5584 0,188 18,8312 PEPA 19,7584 0,567 56,7325 Tabla 21. Resultados promedio de las propiedades fisicoquímicas de la pulpa de morete, en base seca Muestra PULPA MORETE R1 R2 R3 Promedio a reportar HUMEDAD , [%] MATERIA SECA, [%] 58,6780 41,3220 58,7446 41,2554 58,7458 41,2542 58,7228 41,2772 FIBRA CRUDA, [%] CONTENIDO DE ACEITE, [%] 19,3563 23,2355 19,3121 23,5373 19,3563 23,1363 19,3416 23,3030 CENIZAS TOTALES, [%] PROTEÍNA CRUDA, [%] 3,7657 7,5387 3,6293 7,7093 3,6854 7,3829 3,6935 7,5436 Análisis 72 Tabla 22. Resultados de la caracterización de la pulpa de morete en base seca Condiciones ambientales: Temperatura: 19⁰C -23⁰C Humedad relativa: 35% – 68% Método de Referencia: Fibra Cruda: Digestión ácida y básica Cenizas: Método calcinación Grasa: Extracción con solventes Proteína: Digestión Kjeldahl Humedad: Gravimetría Base seca Nombre de la muestra PULPA DE MORETE Fibra cruda [%] Contenido de aceite [%] Cenizas totales [%] 19,342 23,303 3,694 * Base húmeda * Materia orgánica [%] Proteína cruda [%] Extracto etéreo libre de nitrógeno [%] Materia seca [%] Humedad inicial [%] 96,306 7,544 46,118 41,2772 58,7228 *: Calculado por diferencia 73 5.4. Evaluación de los parámetros de tiempo, tamaño de partícula y relación soluto/solvente en el proceso de extracción Se realiza varias extracciones de aceite por solventes variando el tiempo de extracción en intervalos de 5 a 120 min. Luego se varía el tamaño de partícula de 0,42 mm a 0,21 mm. Y finalmente se realiza la extracción variando la relación soluto/solvente de 2-0,11 g morete/ml éter de petróleo. Cada ensayo se realiza por duplicado. 5.4.1. Datos experimentales para la evaluación de los parámetros en el proceso de extracción Tabla 23. Datos experimentales para la evaluación del parámetro tiempo de extracción *ENSAYO Peso Peso fco. frasco + vacío aceite [g] [g] *RÉPLICA Peso de Peso Peso fco. la frasco + muestra vacío aceite [g] [g] [g] N° Tiempo de extracción [min] Masa de la muestra [g] 1 2 0 5 0,00 10,00 0,0000 61,1799 0,0000 61,6992 0,0000 10,01 0,0000 61,0317 0,0000 61,5655 3 4 10 15 10,00 10,01 60,7078 60,9480 61,6562 62,2946 10,00 10,01 60,9485 61,181 61,9318 62,5011 5 6 20 25 10,00 10,00 60,9590 61,1522 62,5618 62,9962 10,01 10,00 61,6844 61,7098 63,2911 63,5389 7 8 30 60 10,01 10,01 61,7084 61,6821 63,6879 63,9590 10,01 10,00 60,7063 61,3276 62,7032 63,6006 9 10 90 100 10,00 10,02 60,3485 61,1810 62,6370 63,4716 10,01 10,01 60,7072 61,1317 62,9882 63,4270 120 10,00 61,8564 64,1325 *Condiciones de extracción: Temperatura: 50 °C 10,00 60,9485 63,2480 11 Tamaño de partícula: 0,8 mm Relación soluto/solvente: 1/8 masa/volumen 74 Tabla 24. Datos experimentales para la evaluación del parámetro tamaño de partícula de pulpa N° Rango utilizado [mm] Peso de la muestra [g] 2 3 >= 0,42 0,25 - 0,30 10,03 10,01 **ENSAYO Peso Peso fco. frasco + vacío aceite [g] [g] 60,6283 60,6947 Peso de la muestra [g] **RÉPLICA Peso Peso fco. frasco + vacío aceite [g] [g] 62,8878 62,9887 10,01 10,02 62,6436 61,6756 64,8941 63,9615 4 0,21 10,01 60,3501 62,6566 **Condiciones de extracción: Temperatura: 50 °C 10,03 61,2398 63,5464 Relación soluto/solvente: 1/8 masa/volumen Tiempo de extracción: cte. Nota.- El tiempo al que se realiza estas extracciones de aceite se ilustran más adelante, específicamente, en la tabla 32 del numeral 5.5, correspondiente a los resultados. Tabla 25. Datos experimentales para la valuación del parámetro relación soluto/solvente ***ENSAYO Volumen Relación Peso de solvente soluto/ la N° utilizado Solvente muestra [ml] [ml/g] [g] Peso frasco vacío [g] ***RÉPLICA Peso fco. Peso de + la aceite muestra [g] [g] Peso frasco vacío [g] Peso fco. + aceite [g] 1 2 0 5 0,000 2,000 0,00 10,01 0,0000 60,1256 0,0000 60,5788 0,00 10,00 0 60,1256 0,0000 60,5756 3 4 10 15 1,000 0,667 10,02 10,01 61,1515 60,9845 61,9270 62,0910 10,00 10,01 61,1515 60,9845 61,9273 62,0999 5 6 30 45 0,333 0,222 10,01 10,02 60,7066 61,1784 62,4779 63,3442 10,00 10,00 60,7066 61,1784 62,4962 63,3220 7 8 60 70 0,167 0,143 10,02 10,03 60,9448 60,6967 63,2468 62,9968 10,00 10,00 60,9448 60,6967 63,2317 62,9910 10,00 9 80 0,125 61,3259 63,6236 10,00 10,01 10 90 0,111 61,6811 63,9849 10,01 ***Condiciones de extracción: Temperatura de extracción: 50 °C 61,3259 61,6811 63,6215 63,9842 Tiempo de extracción: cte. Tamaño de partícula: cte. Nota.- El tiempo de extracción y tamaño de partícula que se utilizan para esta evaluación, se ilustran más adelante, en las tabla 32. 75 5.4.2. Cálculos para la evaluación de los parámetros de extracción. Se calcula dos rendimientos, el primero, en relación a la cantidad de pulpa de morete utilizada para cada extracción (%A); y el segundo que corresponde al rendimiento en función de la cantidad total de aceite que existe en la muestra (%R) Las fórmulas utilizadas para este cálculo son las mismas, es decir, para la variación del tiempo, tamaño de partícula y relación soluto/solvente. Nota 1.- Los datos para la realización de estos cálculos se obtienen de las tablas 23, 24 y 25. Nota 2.- Todos los cálculos modelos son referidos al ensayo 1 del parámetro: tiempo de extracción. 5.4.2.1. Cálculo de la masa de aceite extraída (𝑴𝒂 ) 𝑀𝐴 = 𝑚𝑓+𝑎 − 𝑚𝑓𝑣 (25) Donde: 𝑀𝐴 = Masa de aceite extraída, [g] 𝑚𝑓+𝑎 = Peso del frasco + el aceite, [g] 𝑚𝑓𝑣 = Peso del frasco vacío, [g] Cálculo modelo de la cantidad de aceite obtenida variando el tiempo de extracción: 𝑀𝐴 = 61,6992 − 61,1799 𝑀𝐴 = 0,5193 𝑔 5.4.2.2. Cálculo del porcentaje de aceite obtenido (A) %𝐴 = 𝑀𝐴 ∗ 100 𝐹 Donde: %𝐴= Porcentaje de aceite obtenido, [%] 𝑀𝐴 = Masa de aceite extraída, [g] 76 (7) 𝐹= cte.=Alimentación o cantidad de pulpa utilizada en el proceso de extracción, [g] Cálculo modelo del porcentaje de aceite obtenido en función del tiempo de extracción %𝐴 = 0,5193 ∗ 100 10,00 %𝐴 = 0,05193 ∗ 100 %𝐴 = 5,193 % 5.4.2.3. Cálculo del rendimiento del proceso %𝑅 = 𝑀𝐴 ∗ 100 𝑀𝑡 (26) Donde: %𝑅= Rendimiento del proceso de extracción, [%] 𝑀𝐴 = Masa de aceite extraída en el proceso, [g] 𝑀𝑡 = cte.=Cantidad de aceite total que existe en la muestra a analizar, [g] Cálculo modelo del rendimiento del proceso en función del tiempo de extracción %𝑅 = 0,5193 ∗ 100 2,3303 %𝑅 = 0,2228 ∗ 100 %𝑅 = 22,28 % 5.4.3. Resultados de la evaluación de los parámetros de extracción. Los resultados del tiempo de extracción se ilustran en la tabla 26 y en los gráficos 2 y 3. Los resultados correspondientes al tamaño de partícula se muestran en la tabla 27 y en los gráficos 4 y 5. Finalmente los resultados de la relación soluto/solvente se encuentran en la tabla 28 y en los gráficos 6 y 7. 77 Tabla 26. Resultados del cálculo de la cantidad de aceite extraído y rendimiento del proceso variando el tiempo de extracción N° 1 2 Tiempo de Peso de la muestra [g] extracción [min] Ensayo Réplica 0 0,00 0,00 5 10,00 10,01 Peso aceite extraído [g] Aceite obtenido [%] Ensayo 0,0000 0,5193 Réplica 0,0000 0,5338 Ensayo 0,0000 4,8905 Réplica 0,0000 5,3330 Promedio (*) Rendimiento del proceso [%] Réplica 0,0000 22,8853 Promedio 0,0000 5,1117 Ensayo 0,0000 22,2864 0,0000 22,5858 3 4 10 15 10,00 10,01 10,00 10,01 0,9484 1,3466 0,9833 1,3201 9,2505 12,8462 9,8334 13,1882 9,5420 13,0172 40,6966 57,7269 42,1981 56,5946 41,4474 57,1607 5 6 20 25 10,00 10,00 10,01 10,00 1,6028 1,8440 1,6067 1,8291 15,3290 17,5690 16,0509 18,2914 15,6899 17,9302 68,7812 79,1297 68,8791 78,4939 68,8302 78,8118 7 8 30 60 10,01 10,01 10,01 10,00 1,9795 2,2769 1,9969 2,2730 18,7376 22,7458 19,9494 22,7304 19,3435 22,7381 84,8600 97,6091 85,6085 97,5429 85,2343 97,5760 9 10 90 100 10,00 10,02 10,01 10,01 2,2885 2,2906 2,2810 2,2953 23,1181 23,3027 22,7870 22,9303 22,9526 23,1165 98,2065 98,0985 97,7859 98,4006 97,9962 98,2496 11 120 10,00 10,00 2,2761 2,2995 23,2974 22,9952 23,1463 97,6762 98,6793 98,1777 (*) Para este cálculo se utiliza el valor del contenido de grasa en la pulpa correspondiente a 23,3030 % = 2,3303 g, descrita en la tabla 22 del numeral 5.3.3. Condiciones de Extracción: Temperatura= 50 °C Tamaño de partícula= 0,8 mm Volumen de solvente= 80 ml Relación soluto/solvente= 0,125 m/v 78 Tabla 27. Resultados del cálculo de la cantidad de aceite obtenido y rendimiento del proceso variando el tamaño de partícula en la extracción N Rango [mm] Peso de la muestra [g] 1 >= 0,42 Ensayo 10,03 2 3 0,25 - 0,3 <=0,21 10,01 10,01 Réplica 10,01 10,02 10,03 Peso aceite extraído [g] Ensayo Réplica 2,2595 2,2506 Ensayo 22,5273 Réplica 22,4833 Ensayo 22,5053 Réplica 96,6711 Ensayo 96,4823 Réplica 96,5767 2,2940 2,3065 22,9167 23,0418 22,8133 22,9972 22,8650 23,0195 98,3424 98,8793 97,8987 98,6877 98,1206 98,7835 2,2859 2,3066 Aceite obtenido (A) [%] (*) (*) Rendimiento del proceso [%] Para este cálculo se utiliza el valor del contenido de grasa en la pulpa correspondiente a 23,3030 % = 2,3303 g, descrita en la tabla 22 del numeral 5.3.3. Condiciones de Extracción: Temperatura= 50 °C Volumen de solvente= 80 ml Relación soluto/solvente= 0,125 m/v Tiempo de extracción= 1 h 79 Tabla 28. Resultados del cálculo de la cantidad de aceite obtenido y del cálculo del rendimiento del proceso variando la relación soluto/solvente Volumen solvente utilizado [ml] Relación soluto/ solvente [ml/g] 1 0 2 3 N Peso de la muestra [g] Peso aceite extraído [g] Aceite obtenido (A) [%] (*) Rendimiento del proceso [%] Ensayo Réplica Ensayo Réplica Ensayo Réplica Ensayo Réplica Ensayo Réplica 0,000 0 0,00 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 5 10 2,000 1,000 10,01 10,02 10,00 10,00 0,4532 0,7755 0,4500 0,7758 4,5278 7,7399 4,5000 7,7585 4,5139 7,7492 19,4300 33,2142 19,3108 33,2938 19,3704 33,2540 4 5 15 30 0,667 0,333 10,01 10,01 10,01 10,00 1,1065 1,7713 1,1154 1,7896 11,0544 17,6957 11,1425 17,8961 11,0984 17,7959 47,4375 75,9375 47,8159 76,7973 47,6267 76,3674 6 7 45 60 0,222 0,167 10,02 10,02 10,00 10,00 2,1658 2,3020 2,1436 2,2869 21,6143 22,9744 21,4356 22,8688 21,5250 22,9216 92,7534 98,5899 91,9866 98,1369 92,3700 98,3634 8 9 70 80 0,143 0,125 10,03 10,00 10,00 10,00 2,3001 2,2977 2,2943 2,2956 22,9325 22,9772 22,9425 22,9560 22,9375 22,9666 98,4100 98,6020 98,4532 98,5110 98,4316 98,5565 10 90 0,111 10,01 10,01 2,3038 2,3031 23,0148 23,0076 23,0112 98,7631 98,7323 98,7477 (*) Para este cálculo se utiliza el valor del contenido de grasa en la pulpa correspondiente a 23,3030 % = 2,3303 g, descrita en la tabla 22 del numeral 5.3.3. Condiciones de Extracción: Temperatura= 50 °C Tiempo de extracción= 1 h Tamaño de partícula= 0,25-0,3 mm 80 5.4.4. Análisis estadístico de los resultados de la evaluación de los parámetros de extracción. El análisis estadístico, tal y como se menciona en el numeral 4.4.7, se realiza por medio del análisis de varianza (ANOVA). Esta prueba responde al planteamiento de dos hipótesis: 𝐻𝑂 : Hipótesis Nula: 𝒎𝟏 = 𝒎𝟐 (No hay diferencia significativa entre los grupos) 𝐻𝐴 : Hipótesis Alternativa: 𝒎𝟏 ≠ 𝒎𝟐 (Hay diferencia significativa entre los grupos) El factor que se analiza para esta investigación es primero el tiempo de extracción, segundo el tamaño de partícula y finalmente la relación soluto/solvente utilizada para la extracción del aceite. Para realizar el cálculo estadístico se utiliza la herramienta informática del programa Microsoft Excel. 5.4.4.1. Comparación de rendimientos para el parámetro tiempo de extracción Muestra 1: Rt1 (rendimiento en el tiempo de extracción 1) Muestra 2: Rt2 (rendimiento en el tiempo de extracción 2) Muestra 3: Rt3 (rendimiento en el tiempo de extracción 3) Muestra 4: Rt4 (rendimiento en el tiempo de extracción 4) Muestra 5: Rt5 (rendimiento en el tiempo de extracción 5) Muestra 6: Rt6 (rendimiento en el tiempo de extracción 6) Muestra 7: Rt7 (rendimiento en el tiempo de extracción 7) Muestra 3: Rt4 (rendimiento en el tiempo de extracción 8) Muestra 9: Rt9 (rendimiento en el tiempo de extracción 9) Muestra 10: Rt10 (rendimiento en el tiempo de extracción 10) Con los datos de rendimiento que se registran en la tabla 26 y con ayuda del programa de computación Microsoft Excel, se obtienen los siguientes datos estadísticos: 81 Tabla 29. Análisis estadístico para el parámetro tiempo de extracción Grupos Cuenta Rt1 Rt2 Rt3 Rt4 Rt5 Rt6 Rt7 Rt8 Rt9 Rt10 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 Suma 45,1717 82,8947 114,3215 137,6603 157,6236 170,4685 195,1520 195,9923 196,4992 196,3555 Resumen Estadístico Coeficiente Desviación de Promedio Estándar Variación [%] 0,4235 1,8750 22,5858 1,0617 2,5616 41,4474 0,8007 1,4007 57,1607 0,0692 0,1006 68,8302 0,4496 0,5705 78,8118 0,5293 0,6210 85,2343 0,0468 0,0479 97,5760 0,2974 0,3035 97,9962 0,2136 0,2174 98,2496 0,7093 0,7225 98,1777 Rango Mínimo Máximo 0,5989 1,5015 1,1323 0,0979 0,6358 0,7486 0,0661 0,4206 0,3021 1,0031 22,2864 40,6966 56,5946 68,7812 78,4939 84,8600 97,5429 97,7859 98,0985 97,6762 22,8853 42,1981 57,7269 68,8791 79,1297 85,6085 97,6091 98,2065 98,4006 98,6793 Probabilid ad Valor crítico para F 4672,1194 6,4891E-17 3,0204 Análisis de varianza Origen de las variaciones Suma de Grados de cuadrados libertad Entre grupos 12926,6121 Dentro de los grupos 3,074173 Total 12929,6863 9 10 19 Promedio de los cuadrados F 1436,2902 0,30742 5.4.4.2. Comparación de rendimientos para el parámetro tamaño de partícula Muestra 1: RG1 (rendimiento con el tamaño de partícula 1) Muestra 2: RG2 (rendimiento con el tamaño de partícula 2) Muestra 3: RG3 (rendimiento con el tamaño de partícula 3) Con los datos de rendimiento que se registran en la tabla 27 y con ayuda del programa de computación Microsoft Excel, se obtienen los siguientes datos estadísticos: 82 Tabla 30. Análisis estadístico para el parámetro tamaño de partícula de pulpa Resumen Estadístico Coeficiente Desviación de Grupos Cuenta Suma Promedio Estándar Variación [%] RG1 2 193,1534 96,5767 0,1335 0,1382 RG2 2 196,2411 98,1206 0,3137 0,3198 RG3 2 197,5669 98,7835 0,1355 0,1372 Análisis de varianza Origen de las variaciones Suma de cuadrados Grados de libertad Promedio de los cuadrados Entre grupos Dentro de los grupos Total 5,1285 0,1346 5,2631 2 3 5 2,5643 0,0449 Rango Mínimo Máximo 0,1888 96,4823 96,6711 0,4437 97,8987 98,3424 0,1916 98,6877 98,8793 F Valor Probabilidad crítico para F 57,1442 0,0041 9,5521 5.4.4.3. Comparación de rendimientos para el parámetro relación soluto/solvente Muestra 1: R: S/SLV1 (rendimiento en la relación soluto/solvente 1) Muestra 2: R: S/SLV2 ((rendimiento en la relación soluto/solvente 2) Muestra 3: R: S/SLV3 (rendimiento en la relación soluto/solvente 3) Muestra 4: R: S/SLV4 (rendimiento en la relación soluto/solvente 4) Muestra 5: R: S/SLV5 (rendimiento en la relación soluto/solvente 5) Muestra 6: R: S/SLV6 (rendimiento en la relación soluto/solvente 6) Muestra 7: R: S/SLV7 (rendimiento en la relación soluto/solvente 7) Muestra 3: R: S/SLV8 (rendimiento en la relación soluto/solvente 8) Muestra 9: R: S/SLV9 (rendimiento en la relación soluto/solvente 9) Con los datos de rendimiento que se registran en la tabla 28 y con ayuda del programa de computación Microsoft Excel, se obtienen los siguientes datos estadísticos: 83 Tabla 31. Análisis estadístico para el parámetro relación soluto/solvente Resumen Estadístico Grupos Cuenta Suma R:S/SLV1 R:S/SLV2 R:S/SLV3 R:S/SLV4 R:S/SLV5 R:S/SLV6 R:S/SLV7 R:S/SLV8 R:S/SLV9 2 2 2 2 2 2 2 2 2 38,7408 66,5080 95,2534 152,7348 184,7400 196,7268 197,9717 198,7694 198,4270 Origen de las variaciones Coeficiente de Variación [%] 19,3704 0,0843 0,4352 33,2540 0,0563 0,1693 47,6267 0,2676 0,5618 76,3674 0,6080 0,7961 92,3700 0,5422 0,5870 98,3634 0,3204 0,3257 98,9858 0,0629 0,0635 99,3847 0,2895 0,2913 99,2135 0,0328 0,0331 Análisis de varianza Desviación Promedio Estándar Suma de cuadrados Entre grupos 16362,1748 Dentro de los grupos 0,93694192 Total 16363,1118 Grados Promedio de de los libertad cuadrados 8 9 17 Rango Mínimo Máximo 0,1192 0,0796 0,3784 0,8598 0,7668 0,4530 0,0889 0,4094 0,0464 19,3108 33,2142 47,4375 75,9375 91,9866 98,1369 98,9414 99,1800 99,1903 19,4300 33,2938 47,8159 76,7973 92,7534 98,5899 99,0303 99,5894 99,2367 F Probabilidad Valor crítico para F 19646,3049 3,6344E-18 3,2296 2045,2719 0,1041 5.4.5. Construcción de diagramas de la evaluación de los parámetros de extracción 5.4.5.1. Gráficos correspondientes a la variación del rendimiento en función del parámetro tiempo de extracción. Con los datos de la tabla 26 se construye el gráfico 2, correspondiente al porcentaje de aceite obtenido en función del tiempo de extracción. 84 Aceite obtenido=f(tiempo) 25 Aceite Obtenido, % 20 15 y = -5E-07x4 + 0,0002x3 - 0,0213x2 + 1,1292x - 0,0678 R² = 0,9997 10 5 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 Tiempo, min Gráfico 2. Diagrama de la cantidad de Aceite obtenido versus tiempo de extracción Además el gráfico del rendimiento en función del tiempo de extracción, realizado a partir de los cálculos promedios que se describen en la tabla 23, en los cuales se pretende identificar el mejor rendimiento. Rendimiento=f(tiempo) 120 Rendimiento, % 100 80 y = -2E-06x4 + 0,0008x3 - 0,0914x2 + 4,8459x - 0,2911 R² = 0,9997 60 40 20 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 tiempo, min Gráfico 3. Diagrama del Rendimiento versus tiempo de extracción 85 130 5.4.5.2. Gráficos correspondientes a la variación del rendimiento en función del parámetro tamaño de partícula. A continuación se ilustra el gráfico 4 correspondiente a la cantidad de aceite obtenido como función del tamaño de partícula, realizado con los valores promedio de aceite obtenido expresados en porcentaje y que se ilustran en la tabla 27. Aceite obtenido=f(Tamaño de partícula) 23,10 Aceite Obtenido, [%] 23,00 22,90 22,80 22,70 22,60 y = -2,4795x + 23,557 R² = 0,9919 22,50 22,40 0,13 0,21 0,29 0,37 0,45 Tamaño de partícula, [mm] Gráfico 4. Diagrama del Aceite obtenido en función del tamaño de partícula También se construye el gráfico del rendimiento en función del tamaño de partícula de la pulpa, obtenido a partir de los valores promedio del rendimiento que se ilustran también en la tabla 27. Rendimiento =f(Tamaño de partícula) 99,00 Rendimiento, [%] 98,50 98,00 97,50 y = -10,64x + 101,09 R² = 0,9919 97,00 96,50 96,00 0,13 0,21 0,29 0,37 0,45 Tamaño de partícula, [mm] Gráfico 5. Diagrama de Rendimiento en función del tamaño de partícula 86 5.4.5.3. Gráficos correspondientes a la variación del rendimiento en función del parámetro relación soluto/solvente. A continuación se presenta el gráfico 6 correspondiente al porcentaje de aceite obtenido en función a la relación soluto/ solvente, elaborado a partir de los datos de la tabla 28. Aceite Obtenido, [%] Aceite obtenido=f(Relación sol/slv) 26,00 24,00 22,00 20,00 18,00 16,00 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 y = -6,3377x3 + 28,351x2 - 43,924x + 29,658 R² = 0,9995 0,00 0,17 0,34 0,51 0,68 0,85 1,02 1,19 1,36 1,53 1,70 1,87 2,04 2,21 Relación soluto/solvente, [g/ml] Gráfico 6. Diagrama de Aceite obtenido en función de la relación soluto/solvente Mientras que el gráfico 7 muestra el rendimiento en función de la relación soluto/solvente, que se obtiene con los resultados de rendimiento descritos en la tabla 28. Rendimiento=f(Relación sol/slv) 120,00 Rendimiento, [%] 100,00 80,00 y = -27,197x3 + 121,66x2 - 188,49x + 127,27 R² = 0,9995 60,00 40,00 20,00 0,00 0,00 0,17 0,34 0,51 0,68 0,85 1,02 1,19 1,36 1,53 1,70 1,87 2,04 2,21 Relación soluto-solvente, [g/ml] Gráfico 7. Diagrama del Rendimiento en función de la relación soluto/solvente 87 Con la finalidad de dar una visión más clara sobre el comportamiento del rendimiento con las distintas relaciones solvente/ soluto utilizadas, se presentan otros gráficos a continuación: El primer gráfico corresponde a la cantidad de aceite obtenido en función de la relación solvente/soluto: Aceite Obtenido, [%] Aceite obtenido=f(Relación slv/sol) 26,00 24,00 22,00 20,00 18,00 16,00 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 y = -0,446x2 + 6,2179x + 2,2153 R² = 0,9905 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 9,00 10,00 Relación solvente/soluto, [ml éter de petróleo/g morete] Gráfico 8. Diagrama del aceite obtenido versus la relación solvente/soluto El segundo gráfico se refiere al rendimiento también en función de la relación solvente/soluto Rendimiento=f(Relación slv/sol) 120,00 Rendimiento, [%] 100,00 80,00 y = -1,9141x2 + 26,683x + 9,5063 R² = 0,9905 60,00 40,00 20,00 0,00 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 9,00 10,00 Relación solvente/soluto, [ml éter de petróleo/g morete] Gráfico 9. Diagrama del Rendimiento versus relación solvente/soluto 88 5.5. Obtención del aceite de morete a las mejores condiciones de extracción Se efectúa varias extracciones de aceite de pulpa de morete bajo dos grupos de condiciones, que se mantienen constantes durante todo el proceso de extracción. El primer grupo corresponde al conjunto de condiciones que son fijas desde el inicio de la experimentación y se describen a continuación: Temperatura = 50 °C Tipo de solvente: Éter de petróleo El segundo grupo pertenece a las condiciones óptimas, que son resultado de la experimentación anterior (numeral 5.4) y se registran en la tabla a continuación: Tabla 32. Mejores condiciones de extracción Muestra Tiempo de extracción [h] Tamaño de partícula [mm] Relación soluto/solvente [g/ml] 1 0,25 - 0,30 1/6=0,16 PULPA DE MORETE 5.5.1. Datos experimentales para el proceso de extracción de aceite de morete Tabla 33. Datos experimentales para la determinación de las corrientes de entrada y salida, cantidad de aceite obtenido y rendimiento de la extracción de aceite de morete EXTRACTO N° extracciones Volumen solvente utilizado [ml] Peso de la muestra o alimentación [g] Peso aceite extraído (𝑴𝒂 ) [g] 1 180 30,0002 6,8296 2 3 180 180 30,0027 30,0001 6,7200 6,9093 4 5 180 180 30,0000 30,0001 6,8031 6,8672 6 7 180 180 30,0001 30,0002 6,8418 6,8463 8 180 30,0002 6,7811 89 Peso solvente recuperado (𝑴𝒔𝒍𝒗 ) [ml] 2604,96 Tabla 33. (Continuación) 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 TOTAL 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 4320 30,0003 30,0000 30,0002 30,0003 30,0002 30,0001 30,0002 30,0000 30,0008 30,0001 30,0005 30,0004 30,0003 30,0000 30,0002 30,0000 720,0072 6,8065 6,9258 6,8748 6,7882 6,9145 6,9267 6,9550 6,9304 6,7558 6,9619 6,9042 6,9056 6,8145 6,8025 6,8938 6,9028 164,6611 2604,9600 5.5.2. Datos adicionales para el proceso de extracción de aceite de morete Tabla 34. Datos de la densidad del solvente: éter de petróleo Solvente Densidad [g/ml] ÉTER DE PETRÓLEO 0,67 Fuente: www.esterato.eter.com 5.5.3. Cálculos para el proceso de extracción del aceite de morete. Se realiza un balance de masa de la extracción sólido-líquido por solventes. Los datos para este cálculo se obtienen de la tabla 33: peso de la muestra, peso del aceite obtenido, masa del éter de petróleo utilizado y recuperado. Además se calculan dos clases de rendimientos: uno en función de la masa utilizada en la extracción (%A) y el segundo rendimiento en función de la cantidad de aceite que contiene la muestra (%RE). 90 5.5.3.1. Balance de masa 1) Diagrama de flujo del proceso: S= 4320 ml YS = 0 F= 720,0072 g M, XM MEZCLA E= 2769,62 g SEPARACIÓN XF = 0,23303 Y R, X Figura 21. Diagrama de flujo de la extracción sólido-líquido a las condiciones óptimas de extracción Donde: F= Alimentación, [g] 𝑋𝐹 = Concentración de soluto en la alimentación S= Solvente, [ml] 𝑌𝑆 = Concentración de soluto en el solvente E= Extracto (soluto más solvente), [g] Soluto: 𝑀𝐴 = 164,6611 [g] Solvente: 𝑀𝑠𝑙𝑣 = 2604,96 [g] 𝑌= Composición del soluto en el extracto M= Mezcla: alimentación más solvente, [g] 𝑋𝑀 = Composición de soluto en M R= Refinado, [g] 𝑋 = Concentración de soluto en el refinado 2) Transformación en masa de la cantidad de solvente utilizado (S): 𝑆 = 4320 𝑚𝑙 ∗ 0,67 𝑔 = 2894,4 𝑔 𝑑𝑒 é𝑡𝑒𝑟 𝑑𝑒 𝑝𝑒𝑡𝑟ó𝑙𝑒𝑜 1 𝑚𝑙 91 3) Balance en la mezcla: Cálculo de (M) 𝐹+𝑆=𝑀 (1) 𝑀 = 720,0072 + 2894,4 𝑀 = 3614,41 [𝑔] 4) Balance en la mezcla: Cálculo de la composición de soluto en la mezcla (𝑿𝑴 ): 0 𝐹 ∗ 𝑋𝐹 + 𝑆 ∗ 𝑌𝑆 = 𝑀 ∗ 𝑋𝑀 𝑋𝑀 = 𝑋𝑀 = 𝐹 ∗ 𝑋𝐹 𝑀 (2) (27) 720,0072 ∗ 0,23303 3614,41 𝑋𝑀 = 0,0464 5) Balance en la separación: Datos en el extracto (𝑬): 𝐸 = 𝑀𝐴 + 𝑀𝑆 (28) Donde: E= Extracto, [g] 𝑀𝐴 = Soluto o aceite presente en el extracto, [g] 𝑀𝑆 = Solvente o éter de petróleo presente en el extracto, [g] 𝐸 = 164,6611 + 2604,96 𝐸 = 2769,62 [𝑔] 6) Balance en la separación: Composición del soluto en el extracto (Y): 𝑌= 𝑌= 𝑀𝐴 𝐸 164,6611 2769,62 92 (29) 𝑌 = 0,05945 7) Balance en la separación: cálculo del refinado (R): 𝑀 =𝐸+𝑅 (5) 𝑅 = 3614,41 − 2769,62 𝑅 = 844,79 [𝑔] 8) Balance en la separación: Composición del soluto en el refinado (X): 𝑀 ∗ 𝑋𝑀 = 𝐸 ∗ 𝑌 + 𝑅 ∗ 𝑋 𝑋= 𝑋= (6) 𝑀 ∗ 𝑋𝑀 − 𝐸 ∗ 𝑌 𝑅 (30) (3614,41 ∗ 0,0464) − ( 2769,62 ∗ 0,05945) 844,79 𝑋 = 0,003616 9) Resultados del balance de masa: S= 4320 ml Ys = 0 F= 720,0072 g MEZCLA XF = 0,23303 M=3614,41 g E= 2769,62 g SEPARACIÓN Y= 0,0594 XM= 0,0464 R= 844,79 g X= 0,003616 Figura 22. Diagrama de flujo de la extracción sólido-líquido a las condiciones óptimas de extracción con todas las corrientes de entrada y de salida 93 5.5.3.2. Cálculo del aceite obtenido %𝐴 = 𝑀𝐴 ∗ 100 𝐹 (7) Donde: %𝐴= Porcentaje de aceite obtenido, [%] 𝑀𝐴 = Masa de soluto o aceite presente en el extracto, [g] 𝐹= Alimentación, [g] %𝐴 = 164,6611 ∗ 100 720,0072 %𝐴 = 0,2286 ∗ 100 %𝐴 = 22,8694 % 5.5.3.3. Cálculo del rendimiento del proceso %𝑅𝐸 = 𝐸∗𝑌 ∗ 100 𝐹 ∗ 𝑋𝐹 Donde: %𝑅𝐸= Rendimiento del proceso de extracción, [%] 𝐸= Masa del extracto (aceite más solvente), [g] 𝑌=Composición de soluto (aceite) en el extracto 𝐹= Alimentación, [g] 𝑋𝐹 = Concentración de soluto en la alimentación, [%] %𝑅 = 2769,62 ∗ 0,05945 ∗ 100 720,0072 ∗ 0,23303 %𝑅 = 164,654 ∗ 100 167,783 %𝑅 = 98,1349 % 94 (8) 5.5.4. Resultados del proceso de extracción de aceite de morete Tabla 35. Resultados del proceso de extracción del aceite de morete Condiciones: Tiempo de extracción: 1 h Tamaño de partícula: 0,25-0,3 mm Relación soluto/solvente: 0,16 m/v Temperatura: 19⁰C -23⁰C Humedad relativa: 35% – 68% Solvente: Éter de Petróleo N Peso de la Peso aceite muestra extraído [g] [g] Aceite obtenido [%] Rendimiento [%] 1 720,0072 22,8694 98,1349 164,6611 5.6. Evaluación de la calidad del aceite de morete obtenido Como ya se dijo anteriormente, el primer cálculo corresponde a los análisis fisicoquímicos que se realizan al aceite obtenido y el segundo se refiere a una comparación de calidad con Normas Internacionales. Por último se elabora a un perfil lipídico de la muestra de aceite obtenida experimentalmente. 5.6.1. Datos experimentales para las propiedades fisicoquímicas del aceite Tabla 36. Datos experimentales para la determinación de la densidad por el método del picnómetro Muestra ACEITE DE MORETE Réplica Peso del Peso del Peso del picnómetro picnómetro picnómetro vacío + agua + muestra [g] [g] [g] R1 11,884 22,2171 21,3324 R2 11,884 22,2171 21,3399 R3 11,884 22,2171 21,329 95 Tabla 37. Datos experimentales para la determinación el índice de acidez del aceite Muestra Réplica Peso de la muestra [g] R1 5,0298 0,0989455 5,6 R2 5,0193 0,0989455 5,5 R3 5,0312 0,0989455 5,4 ACEITE DE MORETE Normalidad Volumen de la base de la base (NaOH) (NaOH) consumida consumida [N] [ml] Tabla 38. Datos experimentales para la determinación del índice de peróxido del aceite Muestra Réplica Peso de la muestra [g] R1 5,0400 R2 5,0620 R3 5,0442 ACEITE DE MORETE Normalidad Volumen de la sal tiosulfato tiosulfato de sodio de sodio (Na2S2O3) (Na2S2O3) consumido consumido [ml] [N] 1,65 0,0171 1,55 1,90 Tabla 39. Datos experimentales para la determinación del índice de saponificación del aceite Muestra ACEITE DE MORETE Réplica Normalida Peso de la d del ácido (HCl) muestra consumido [g] [N] R1 2,00 R2 2,00 R3 2,00 0,493375 96 Volumen del ácido (HCl) consumido [ml] Volumen del blanco consumido [ml] 195,1323 42,5 195,1323 42,5 193,7484 42,5 Tabla 40. Datos experimentales para la determinación del índice de yodo del aceite Muestra Normalidad Volumen de de la sal la sal Volumen Peso de la tiosulfato tiosulfato del blanco muestra de sodio de sodio consumido [g] (Na2S2O3) (Na2S2O3) [ml] consumido consumido [N] [ml] 37,1 0,20 49,1 Réplica R1 ACEITE DE MORETE R2 0,20 R3 0,20 0,1026725 36,6 37,2 49,1 49,1 5.6.2. Cálculos de las propiedades fisicoquímicas del aceite de morete 5.6.2.1. Cálculo de la densidad del aceite método del picnómetro 𝜌25°𝐶 = 𝑚2 − 𝑚 𝑚1 − 𝑚 Donde: 𝜌25°𝐶 = Densidad a 25°C 𝑚2 = Masa del picnómetro + la muestra, [g] 𝑚1 = Masa del picnómetro + agua destilada, [g] 𝑚= Masa del picnómetro vacío, [g] Cálculo modelo para la densidad del aceite, réplica 1: 𝜌25°𝐶 = 21,3324 − 11,8840 22,2171 − 11,8840 𝜌25°𝐶 = 9,4484 10,3331 𝜌25°𝐶 = 0,91438 97 (31) 5.6.2.2. Cálculo del índice de acidez del aceite 𝐼𝐴 = 𝑉𝑁𝑎𝑂𝐻 ∗ 𝑁𝑁𝑎𝑂𝐻 ∗ 56,1 𝑚𝑎𝑐𝑒𝑖𝑡𝑒 (32) Donde: 𝐼𝐴= Índice de acidez del aceite, [mg KOH/1 gr aceite] 𝑉𝑁𝑎𝑂𝐻 = Volumen de la base consumida en la titulación, [ml] 𝑁𝑁𝑎𝑂𝐻 = Normalidad de la base utilizada para la titulación, [N] 𝑚𝑒𝑞𝑎.𝑔.𝑙. = Mili equivalente del ácido graso libre predominante en la muestra: ácido oleico 𝑚𝑎𝑐𝑒𝑖𝑡𝑒 = Masa del aceite, [g] Calculo modelo para el índice de acidez del aceite, réplica 1: 𝐼𝐴 = 5,6 ∗ 0,098946 ∗ 56,1 ∗ 100 5,0298 𝐼𝐴 = 31,0848 ∗ 100 5,0298 𝐼𝐴 = 6,1801 [mg KOH/1 gr aceite] 5.6.2.3. Cálculo del índice de peróxido del aceite 𝐼𝑃 = 𝑉𝑎 ∗ 𝑁𝑎 ∗ 1000 𝑚𝑎𝑐𝑒𝑖𝑡𝑒 Donde: 𝐼𝑃= Índice de peróxido del aceite 𝑉𝑎 = Volumen del tiosulfato de sodio consumido en la titulación, [ml] 𝑁𝑎 = Normalidad del tiosulfato de sodio utilizado para la titulación, [N] 𝑚𝑎𝑐𝑒𝑖𝑡𝑒 = Masa del aceite, [g] Cálculo modelo para el índice de peróxido del aceite, réplica 1: 𝐼𝑃 = 1,65 ∗ 0,017074 ∗ 1000 5,0400 𝐼𝑃 = 0,28172 ∗ 1000 5,0400 98 (33) 𝐼𝑃 = 5,5897 𝑚𝑒𝑞𝑂2 /𝐾𝑔𝑎𝑐𝑒𝑖𝑡𝑒 5.6.2.4. Cálculo del índice de saponificación del aceite 𝐼𝑆 = (𝑉𝑏 − 𝑉𝑎𝑐 ) ∗ 𝑁𝑎𝑐 ∗ 56,1 𝑚𝑎𝑐𝑒𝑖𝑡𝑒 (34) Donde: 𝐼𝑃= Índice de saponificación del aceite 𝑉𝑎𝑐 = Volumen del ácido clorhídrico consumido por la muestra en la titulación, [ml] 𝑉𝑏 = Volumen de ácido clorhídrico consumido por un blanco, [ml] 𝑁𝑎 𝑐= Normalidad del ácido clorhídrico utilizado para la titulación, [N] 56,1= Equivalente de la base utilizada para saponificar la muestra, [Eq-g] 𝑚𝑎𝑐𝑒𝑖𝑡𝑒 = Masa del aceite, [g] Cálculo modelo para el índice de saponificación del aceite, réplica 1: 𝐼𝑆 = (42,5 − 28,4) ∗ 0,493375 ∗ 56,1 2,00 𝐼𝑆 = 6,9565 ∗ 56,1 2,01 𝐼𝑆 = 195,1323 𝑚𝑔𝐾𝑂𝐻/𝑔𝑎𝑐𝑒𝑖𝑡𝑒 5.6.2.5. Cálculo del índice de yodo del aceite 𝐼𝑌 = (𝑉𝑏 − 𝑉𝑡𝑠 ) ∗ 𝑁𝑡𝑠 ∗ 12,69 𝑚𝑎𝑐𝑒𝑖𝑡𝑒 Donde: 𝐼𝑌= Índice de yodo del aceite 𝑉𝑡𝑠 = Volumen del tiosulfato de sodio consumido por la muestra en la titulación, [ml] 𝑉𝑡𝑠 = Volumen del tiosulfato de sodio consumido por un blanco, [ml] 𝑁𝑎 𝑐= Normalidad del tiosulfato de sodio utilizado para la titulación, [N] 12,69= Constante (mili equivalentes del yodo *100) 𝑚𝑎𝑐𝑒𝑖𝑡𝑒 = Masa del aceite, [g] 99 (35) Cálculo modelo para el índice de yodo del aceite, réplica 1: 𝐼𝑌 = (49,1 − 37,1) ∗ 0,1026725 ∗ 12,69 0,20 𝐼𝑌 = 1,23207 ∗ 12,69 0,20 𝐼𝑌 = 78,1748 𝑔𝐼/100𝑔𝑎𝑐𝑒𝑖𝑡𝑒 5.6.3. Resultados de las propiedades fisicoquímicas del aceite. En la tabla 41 se ilustran los valores promedio de la evaluación de las propiedades fisicoquímicas del aceite de morete obtenido. Mientras que en la tabla 42 únicamente se muestran valores totales. Tabla 41. Resultados promedio de la caracterización físico-química del aceite de morete Muestra Análisis Densidad a 25 °C, [g/ml] Humedad y materia volátil, [%] R1 R2 R3 Promedio a reportar 0,9144 0,1145 0,9151 0,1283 0,9141 0,1123 0,9145 0,1184 Índice de acidez, [mg KOH/ gr aceite] 6,1801 6,0824 5,9577 ACEITE Porcentaje de acidez, [gr *AGL/100 gr 3,1115 3,0624 2,9996 DE muestra] MORETE Índice de peróxido, [meq O2/ Kg muestra] 5,5897 5,2281 6,4313 Índice de saponificación, [mg KOH/g 195,1323 195,1323 193,7484 aceite] Índice de yodo, [g I/100 gr muestra] 78,1748 81,4321 77,5234 100 6,0764 3,0578 5,7497 194,6710 79,0435 Tabla 42. Resultados de la caracterización del aceite de morete Condiciones ambientales: Temperatura: 19⁰C -23⁰C Humedad relativa: 35% – 68% Método de Referencia: Acidez: Método titulación directa Humedad: Gravimetría Densidad: Método Picnómetro Yodo y Peróxido: Método yodométrico Nombre de la muestra Peso específico 25 ⁰C [g/ml] Índice de acidez [mg KOH / g muestra] % Acidez [gr *AGL / 100 gr muestra] Índice saponificación [mg KOH / g aceite] Índice peróxido [meq O2/ kg muestra] Índice yodo [g I/100 gr muestra] Humedad y materia volátil [%] ACEITE DE MORETE 0,9145 6,0764 9,4773 194,6710 5,7497 79,0435 0,1184 *AGL: Oleico 101 5.6.4. Comparación de los análisis de calidad del aceite de morete obtenido con las normas A.O.C.S. y CODEX STAN Las pruebas fisicoquímicas: índice de saponificación, yodo y densidad se comparan con el criterio de aceptación establecido por la norma A.O.C.S. para un aceite crudo, para nuestro caso se trata de un aceite de oliva. En cambio el índice de acidez e índice de peróxido se comparan con los límites permisibles de la Norma CODEX STAN. De esta manera se define si el aceite de morete obtenido a las mejores condiciones de extracción se puede considerar como un aceite de calidad. 5.6.4.1. Análisis comparativo de la densidad a 25°C En el grafico 10 se observa la densidad a 25°C promedio del aceite de morete frente al rango de densidad para un aceite crudo de oliva, establecido en la Norma A.O.C.S. COMPARACIÓN DE LA DENSIDAD a 25 °C Densidad, [g/ml] 0,916 0,915 0,914 0,913 0,912 0,9145 0,911 0,91 0,909 Aceite de Morete Densidad Experimental Densidad, límite inferior(0,909 g/ml) Densidad, Límite Superior(0,915 g/ml) Gráfico 10. Análisis comparativo de la densidad aceite de morete 5.6.4.2. Análisis comparativo del índice de acidez. De acuerdo al gráfico 11 se observa el valor de índice de acidez promedio del aceite de morete, comparado con el rango de acidez para un aceite crudo, requerido por la Norma CODEX STAN 210-1999. 102 Índice de Acídez, [mg NaOH/g aceite] COMPARACIÓN DE ÍNDICE DE ACIDEZ 15 10 5 6,0734 0 Aceite de Morete Acídez Experimental Acídez, lÍmite superiior (10 Gagl/100g) Acídez, Límite inferior(0 g AGL/100g) Gráfico 11. Análisis comparativo del índice de acidez del aceite de morete 5.6.4.3. Análisis comparativo del índice de peróxido. En el gráfico 12 se ilustra el valor promedio del índice de peróxido del aceite de morete versus el rango para un índice de peróxido de un aceite crudo, requerido por la Norma CODEX STAN 33-1981. Péroxido, [meqO2/Kgaceite] COMPARACIÓN ÍNDICE DE PERÓXIDO 20 15 10 5 5,7497 0 Aceite de Morete Peróxido Experimental Peróxido, Límite Inferior(0 meqO2/Kg) Peróxido, Límite Superior(15 meqO2/Kg) Gráfico 12. Análisis comparativo del índice de peróxido del aceite de morete 5.6.4.4. Análisis comparativo del índice de saponificación. En el gráfico 13 se observa el valor promedio del índice de saponificación del aceite de morete, en comparación con el rango de valores del índice de saponificación para un aceite crudo de oliva, establecido por la Norma A.O.C.S. 103 Saponificación, [mg KOH/g aceite] COMPARACIÓN ÍNDICE DE SAPONIFICACIÓN 198 196 194 192 190 194,671 188 186 Aceite de Morete Saponificación Experimental Saponificación, Límite Inferior(186 mgKOH/g aceite) Saponificación, límite superior(196 mgKOH/g aceite) Gráfico 13. Análisis comparativo del índice de saponificación del aceite de morete 5.6.4.5. Análisis comparativo del índice de yodo. En el gráfico 14 se ilustra el valor promedio del índice de yodo del aceite de morete, versus el rango de valores del índice de yodo para un aceite crudo de oliva, establecido por la Norma A.O.C.S. Índice de Yodo, [g I/g muestra] COMPARACIÓN ÍNDICE DE YODO 93 89 85 81 79,0435 77 Aceite de Morete Yodo Experimental Yodo, límite superior(90 g I/g muestra) Yodo, límite inferior(77 g I/g muestra) Gráfico 14. Análisis comparativo del índice de yodo del aceite de morete 5.6.5. Resultados del perfil de ácidos grasos del aceite de morete. El análisis se realiza por el laboratorio Analytical Laboratories Testing & Consulting (UBA), de la ciudad de Guayaquil. La tabla que se ilustra a continuación solo es una tabla referencial, en donde se expone el resultado del perfil de ácidos grasos del aceite de morete obtenido en ésta investigación. 104 Tabla 43. Resultados del perfil de ácidos grasos del aceite de morete Condiciones ambientales: Temperatura: 21,9⁰C Método de Referencia: Humedad relativa: 47,2 % AOCS Ce 1B-89 Ácido graso FAME´s %FAMES/l mg/g Ácido Palmítico Ácido Palmitoléico Ácido Esteárico (cis-9) Ácido Oléico (cis-9) Ácido Linoléico (cis, cis) 16: O Cis-16:1(n-9) 18: O Cis-18:1 (n-9) Cis, cis 18:2 (n-6) 18:3 (n-3) 18:4 (n-3) 20:5 (n-3)EPA 22:6 (n-3) DHA (b) Total Omega-3 (c) Total Omega-6 (d) Total Omega-9 (e) Relación n-3/n-6 (f) Total Saturados (g) Total Insaturados (h) Total Monoinsaturados (i) Total Polinsaturados (j) Total HUFA´s 16,31 0,82 2,17 77,27 2,04 1,22 0,16 0,00 0,00 1,38 2,04 78,10 0,68 18,48 81,52 78,10 3,42 0,00 162,54 8,19 21,62 769,96 20,32 12,17 1,61 0,00 0,00 13,78 20,32 778,14 0,68 184,16 812,24 778,14 34,10 0,00 Ácido Linolénico Ácido Eicosapentaenóíco Ácido Decosahexaenóíco (b) El total de Omega.3 es igual al contenido de ácidos linolénicos presentes en la muestra. (c) El total de Omega-6 es igual al contenido de ácido linoléico presentes en la muestra. (d) El total de Omega-9 es igual a la sumatoria del ácido Palmitoléico mas el Ácido Oléico. (e) Es igual a la relación entre el total de Omega-3 y el total de Omega-6 existentes en la muestra. (f) Total de ácidos saturados es igual a la sumatoria del ácido esteárico más el ácido palmítico. (g) Total de ácidos insaturados es igual a la sumatoria entre el total de Omega-3, Omega-6 y Omega-9 que existe en la muestra de aceite. (h) El total de ácidos monoinsaturados es igual al total de Omega-9. (i) El total de ácidos polinsaturados es igual a la suma de Omega-3 y Omega-6 existentes en la muestra de aceite. (j) Los HUFA´s equivale al total de ácidos grasos altamente polinsaturados. NOTA.- La tabla original del análisis del perfil de ácidos grasos proporcionado por el laboratorio UBA, se encuentra en el ANEXO N. 105 5.7. Análisis económico general Se efectúa un análisis del costo de producción del aceite obtenido por extracción sólido-líquido, únicamente considerando costos de las diferentes materias primas utilizadas para el proceso: fruto de morete y éter de petróleo. 5.7.1. Cálculo general del costo de producción para el aceite de pulpa de morete: Tabla 44. Costos de materias primas para el proceso de extracción Material Cantidad [kg] Fruto de Morete Éter de petróleo 7,3562 2,8944 Precio Valor unitario Valor total [USD/kg] [USD/kg] 0,15 1,1034 29,89 86,514 Tabla 45. Producción de aceite de pulpa morete Material Aceite de pulpa de morete Cantidad [kg] 0,1646 Volumen [L] 0,18 Nota.- Los datos de la cantidad de éter de petróleo y la cantidad de aceite de pulpa de morete son obtenidos del cálculo del balance de masa del numeral 5.5.3.1. a) Cálculo del costo total de aceite de pulpa de morete, utilizando solvente nuevo. 𝐶𝑇 = 𝐶𝑝𝑢𝑙𝑝𝑎 + 𝐶𝑠𝑙𝑣 𝑉𝐴 Donde: 𝐶𝑇= Costo total de producción 𝐶𝑠𝑙𝑣 = Costo del solvente puro (éter de petróleo) 𝑉𝐴 = Volumen de aceite obtenido en la extracción, [L] 106 (36) 𝐶𝑇 = 1,1034 + 86,514 0,18 𝐶𝑇 = 486,760 𝑈𝑆𝐷/𝐿 b) Cálculo del costo del solvente en la recirculación Para este cálculo se utiliza la cantidad de éter de petróleo que se pierde en la extracción (𝑀𝑠𝑙𝑣1 ): 0,2894 kg, por consiguiente, esta cantidad de éter es la misma que se adiciona como solvente puro al requipo para una segunda extracción, siendo el cálculo el siguiente: 𝐶𝑠𝑙𝑣−𝑟 = 𝑀𝑠𝑙𝑣1 ∗ 𝐶𝑠𝑙𝑣1 (37) Donde: 𝐶𝑠𝑙𝑣−𝑟 = Costo del solvente en la recirculación, [USD] 𝑀𝑠𝑙𝑣1 = Cantidad de solvente puro que se adiciona al proceso, [kg] 𝐶𝑠𝑙𝑣1 = Costo de 1Kg de solvente, [USD] 𝐶𝑠𝑙𝑣−𝑟 = 0,2894 ∗ 29,89 𝑈𝑆𝐷 𝐶𝑠𝑙𝑣−𝑟 = 8,3692 c) Cálculo del costo total de aceite de pulpa de morete, utilizando solvente recirculado. 𝐶𝑇 = 𝐶𝑝𝑢𝑙𝑝𝑎 + 𝐶𝑠𝑙𝑣−𝑟 𝑉𝐴 𝐶𝑇 = 1,1034 + 8,3692 0,18 𝐶𝑇 = 52,6256 𝑈𝑆𝐷/L Nota.- El costo calculado sería para 10 extracciones. 107 (38) 5.8. Impacto ambiental de extracción por solventes Con el presente análisis se identifica, previene e interpreta los impactos ambientales que se producen en la obtención de aceite de morete por extracción sólido-líquido con solventes, tanto en el entorno de laboratorio como a nivel global. Dentro de los focos de contaminación ambiental están los siguientes: 5.8.1. Fruto. La obtención del fruto se la realiza a través de plantaciones por lo que el impacto ambiental referente a fauna y flora no se ven afectadas. Sin embargo los frutos almacenados por largos periodos de tiempo inician el proceso de fermentación, lo que produce emanación de metano al ambiente. Se recomienda la pronta utilización de la fruta en un plazo máximo de cinco días, luego de efectuada la cosecha. El correcto ordenamiento territorial, las correctas prácticas de cosecha y la aceptación de las regulaciones o códigos locales en las prácticas de cosecha ayudaran en un futuro al manejo sustentable de dicho recurso. 5.8.2. Solvente: Éter de Petróleo. La utilización del solvente al ser un derivado del petróleo y tener un punto de ebullición bajo se volatiliza rápidamente por lo que el impacto ambiental a nivel de laboratorio es considerable, ya que al no contar con las seguridades respectivas en el entorno, este puede ser inhalado o estar en contacto cutáneo, por lo que se deber seguir las medidas de seguridad correspondientes. La recomendación es seguir la hoja de seguridad del reactivo para manejarlo correctamente y así minimizar el impacto ambiental que provoca. A nivel global la contaminación producida en el aire o suelos es leve, en las cantidades que se usan en laboratorio para este proyecto. Si se produce contaminación, se lo puede controlar mediante materiales absorbentes, arena o tierras secas para su tratamiento posterior según normativas locales. 5.8.3. Residuos. Dentro de los residuos que se generan en la extracción sólido-líquido por solventes se encuentran los siguientes: 108 Agua de residuo: Contaminada con residuos sólidos por lavado de fruta y torta, compuestos insolubles (éter de petróleo) y restos de aceite que no se extrajo el proceso de extracción. Antes de ser desechados se debe realizar un tratamiento previo para eliminar solidos (tamiz) y componentes no volátiles (evaporación de agua). Torta: Al ser un componente de fuente natural se lo puede desechar o tratarla como abono, previa eliminación de contaminantes. A escala de laboratorio se realiza la eliminación del solvente de la torta residual por medio de secado. Mientras que a escala industrial se lleva a cabo un proceso de desolventizado de la torta y el solvente extraído en forma de vapor se recicla y se recircula para otro ciclo de extracción. La cantidad de solvente remanente en la harina luego de este proceso es de 20-30 ppm, siendo que la tolerancia es de 500 ppm. Cascara, semillas: Son residuos naturales que puedes ser desechados al ambiente como fuente de abono o utilizados como combustible. Aunque hay que tomar en cuenta que luego de varios días este se convierte en un contaminante, ya que se inicia el proceso de putrefacción, en el cual se desprenden gases al ambiente, principalmente el metano. Cabe señalar que el impacto ambiental global del presente trabajo es mínimo a nivel de laboratorio, ya que se pueden controlar las operaciones o ensayos de manera puntual. Pero a nivel industrial, el impacto ambiental es considerable, por lo que la producción aceitera se ve obligada a cumplir con normas ambientales para el tratamiento y descarga de desechos, y ser más amigables con el ambiente. 109 6. DISCUSIÓN DE RESULTADOS 6.1. Pruebas preliminares Se realizó una determinación del contenido de aceite de la pulpa, cáscara y mezcla de pulpa más cáscara, cuyos valores son 23,3035; 1,5231 y 13,4408%, respectivamente, tal como lo indica la tabla 4, en la cual se aprecia que el mayor rendimiento se presentó en la pulpa del fruto. Como resultado del análisis estadístico (Ver tabla 5) se observa que el valor de F calculada de 24535,941 es mayor al F crítico de 5,1433, lo cual significa que existen diferencias significativas en el contenido de aceite de los tres grupos (pulpa, cáscara y mezcla de pulpa más cáscara), por lo que se justifica el rechazo de la cáscara como parte de la materia prima para la extracción de aceite, decidiendo utilizar únicamente la pulpa del fruto como materia prima. 6.2. Materia prima En la prueba de secado de la pulpa tal como lo indica el gráfico 1 se aprecia que para adquirir una humedad del 10% a las temperaturas de 50, 60, 70, 80, 90 y 100 °C se emplearon tiempos de 15,79; 12,39; 11,45; 9,35; 7,92 y 6,97 h respectivamente. Cabe recalcar que para las temperaturas de 60 y 70 °C las características organolépticas (olor, color, sabor) de la pulpa de morete se conservan. Sin embargo para las temperaturas de 70 a 100 °C la pulpa ya presentó cambios de sus características organolépticas y hasta hubo degradación de aceite, lo que se manifiesta con la presencia de residuos de aceite en las bandejas utilizadas para el proceso de secado. 6.3. Caracterización fisicoquímica de la pulpa de morete De los resultados expuestos en la tabla 22 sobre la caracterización fisicoquímica que se lleva a cabo a la materia prima se observa un contenido de humedad en base húmeda del 58,72%, quedando un valor de materia seca de 41,28%. En cuanto a los componentes de la materia seca y en comparación con otras fuentes oleaginosas, se observan valores altos y bajos. 110 Tal es el caso de la cantidad de fibra cruda de 19,34 %, un valor alto, lo cual no es conveniente puesto que este tipo de fibra no es asimilable por el cuerpo y no tiene valor nutricional. El contenido de cenizas o minerales es bajo: 3,69%, al igual que el contenido de proteína equivalente a 7, 54 %. Pero tiene un alto contenido de aceite de alrededor del 23,30%, lo cual lo convierte en una excelente fuente para la extracción de aceites. En las tablas 19 y 20 se reporta que el fruto de morete tiene 5, 21 cm de alto y 3,70 cm de ancho. Además se obtiene una composición promedio en masa de 24,44, 18,83 y de 56,73% para la pulpa, cáscara y pepa respectivamente. Lo que indica que existe una mayor cantidad de desechos (pepa y cáscara) y poca cantidad de materia prima. 6.4. Rendimiento y parámetros de extracción A partir de los resultados de los experimentos realizados para la evaluación de cada parámetro de extracción (Ver tablas 26, 27 y 28) se evalúa los efectos de las variables sobre el rendimiento de la operación mediante un análisis ANOVA (Ver tablas 29, 30, 31) y se obtiene para el parámetro tiempo de extracción un valor de F calculada de 4672,11 y un valor de F crítica de 3,02; además un valor de F calculada de 57,14 y de F crítica de 9,55 para el parámetro tamaño de partícula de la pulpa, y por último para la relación soluto/solvente se alcanza un valor de 19646,31 para F calculada y 3,23 para F crítica. Como se observa todos los valores de F crítica son mayores a F calculada, por lo que se infiere que todas las variables tienen efecto significativo sobre la variable de respuesta que es el rendimiento de extracción a un nivel de confianza del 95%. Con respecto a los resultados obtenidos en la evaluación del parámetro tiempo de extracción, como lo indican los gráficos 2 y 3 se observa que el menor rendimiento de extracción es de 22,58% para un tiempo de 5 min, mientras que el mayor rendimiento es de 98,20% para un tiempo de 120 min, sin embargo, a un tiempo de 60 min se observa que el rendimiento obtenido es del 97,57%. Los resultados también muestran que a partir de 60 min se llega a un punto en el cual el rendimiento de extracción se hace constante, es decir, la tendencia de la curva es casi una recta horizontal. Como no existe un aumento considerable en el rendimiento de extracción a un tiempo de 60 min y 120 min; y por un mayor aprovechamiento técnicoeconómico de equipos no se justifica trabajar con tiempos de extracción mayores a 60 min. El aumento del rendimiento de extracción conforme aumenta el tiempo se debe a que cuando existe mayor tiempo de contacto entre el solvente y el sólido o inerte favorece el arrastre del aceite contenido en la pulpa de morete, facilitando así la extracción. Cabe recalcar que las 111 condiciones de experimentación son: relación sólido/líquido de 0,13 m/v y tamaño de partícula de pulpa de 0,8 mm. Con relación a la evaluación del tamaño de partícula de la pulpa, tal como se ilustra en la tabla 27 y en los gráficos 4 y 5, se aprecia que para tamaños de partícula ≥ 0,42 mm, de 0,25mm a 0,30 mm y ≤ a 0,21 mm se obtienen rendimientos de extracción de 96,57; 98,12 y 98,78% respectivamente, todas a una relación soluto/solvente de 0,13 m/v y tiempo constante de 60 min. Esto significa que para tamaños de partícula pequeños de ≤ 0,21 mm se obtiene el mayor rendimiento en la extracción y que para tamaños de partícula grandes de ≥ a 0,42 mm se obtiene el menor rendimiento. Esto se debe a que cuando el material vegetal se somete a una disminución de tamaño presenta una mayor área de contacto, facilitando la difusión del aceite y por ende la extracción. El incremento en rendimiento de extracción para tamaños de partícula de pulpa ≤ 0,21 mm y de 0,25mm-0,30 mm no es significativa, apenas del 0,66 %, por lo que se decide trabajar en lo sucesivo con tamaños de partícula de pulpa de 0,25mm a 0,3 mm. Existe una relación inversa entre la relación soluto/solvente y el rendimiento de extracción obtenido, debido a que cuando se mantiene la cantidad de sólido constante y se agrega muy poca cantidad de solvente a este sólido, la solución se satura más rápido, provocando una menor cantidad de aceite extraída. Por esta razón se obtiene a una relación de 2 g de morete/ml de éter de petróleo el menor rendimiento de extracción de 19,37 % y a una relación de 0,11 el mayor rendimiento de 98,74%. Sin embargo para una relación de 0,16 el rendimiento es de 98,36 %. Además se observa que los decrecimientos en la relación soluto/solvente a partir de 0,16 no conducen a incrementos significativos en el rendimiento de extracción, por lo que es suficiente realizar la extracción con relaciones de 0,16 g de morete/ ml de éter de petróleo. Las condiciones de experimentación son tiempo de extracción de 60 min y un tamaño de partícula de 0,25 mm a 0,3 mm. 6.5. Extracción de aceite Se trabaja a las condiciones óptimas, con 720,00 g de pulpa de morete y se obtiene 164,66 g de aceite que equivale al 22,86% de aceite obtenido con respecto a la cantidad de pulpa utilizada en el proceso; que a la vez significa un 98,13% en rendimiento con respecto a la cantidad total de aceite presente en la muestra. Esto significa que se extrae casi en su totalidad el aceite a partir de la pulpa de morete. 112 6.6. Calidad del aceite La tabla 42 y el gráfico 11 muestra un valor para el índice de acidez de 6,07 mg KOH/ g de aceite, según investigaciones realizadas, este valor es alto y significa un alto contenido de ácidos grasos libres, lo cual no es conveniente puesto que marca el inicio de un proceso de ranciedad del aceite. Sin embargo, el valor de acidez se encuentra dentro de la norma CODEX STAN 210-1999 para aceites crudos no refinados: 0-10 mg KOH/g de aceite. Este valor se debe al grado de madurez del fruto, condiciones de molturación, tiempo de almacenaje del aceite y materia prima, condiciones de extracción, presencia de lipasas microbianas y sobre todo por reacciones hidrolíticas, lo que provoca una descomposición de las cadenas de triglicéridos y por ende una mayor liberación de ácidos grasos libres El valor de índice de peróxido que se obtiene es de 5,75 meqO2/Kg; un valor considerado aceptable puesto que al compararlo con la Norma CODEX STAN 33-1981 se encuentra dentro del límite aceptable: hasta 15 meqO2/Kg. El valor que se obtiene se debe al considerable grado de insaturación que posee el aceite de morete, claramente evidenciado con el índice de yodo que se encuentra ilustrado en la tabla 42. El índice de yodo que se obtiene es de 79,04 g I/ 100 g de muestra, lo que significa que la muestra de aceite de morete tiene gran cantidad de ácidos grasos insaturados puesto que teóricamente el índice de yodo mide el grado de instauraciones o dobles enlaces presentes en los ácidos grasos que forman parte de un aceite. Este valor también predice la presencia de ácidos grasos esenciales beneficiosos para la salud humana, ya que otras investigaciones sobre aceites determinan que este tipo de ácidos tienen dobles enlaces en su estructura química. Además este valor se encuentra dentro del rango de aceptación para un aceite crudo de oliva según la Norma A.O.C.S. que va desde 77 a 90 g I/ 100 g muestra, lo que se puede observar en el gráfico 14. El índice de saponificación es de 194,67 mg KOH/g aceite, lo que indica que la mayor parte de ácidos grasos predominantes en el aceite de morete son de cadena larga, puesto que teóricamente el índice de saponificación es inversamente proporcional al peso molecular de los ácidos grasos del aceite y por ende se necesita de mucha cantidad de base NaOH o KOH para saponificarse. Además al compararlo con la norma A.O.C.S. el valor entra en el rango establecido por esta norma que es de 186 a 196 mg KOH/g aceite, tal como se indica en el gráfico 13. 113 Se obtiene un valor de densidad de 0,9145 g/ml. Este valor al compararlo con el valor que va desde 0,909 hasta 0,915 g/ml proveniente de la norma A.O.C.S. para un aceite crudo de oliva, se observa que el valor de densidad del aceite de morete se encuentra dentro del valor límite permisible por la Norma. Como resultado de la composición lipídica del aceite crudo de morete se obtuvo un porcentaje de 77,27 % para el ácido oleico u omega-9, de 2,04 % para el ácido linoléico u omega-6 y de 1,38 % para el ácido linolénico u omega-3, que en conjunto equivale a un total de ácidos grasos insaturados de 81,52 %, lo que significa que el aceite de morete es un aceite altamente insaturado, lo que a su vez se corrobora en el alto valor del índice de yodo e índice de peróxido que se obtiene. Además presenta un porcentaje total de ácidos grasos saturados de 18,48 % predominando el ácido palmítico con 16, 31 %. Como en su composición la mayor proporción es de ácido oleico y este pertenece al grupo de los mono insaturados puede considerase como un aceite mono-insaturado de tipo oleico. 114 7. CONCLUSIONES Extraer aceite a partir de la pulpa de la morete si es factible utilizando método de extracción sólido-líquido, manteniendo una temperatura constante, utilizando éter de petróleo como solvente orgánico y trabajando con las variables de proceso de tiempo, tamaño de partícula y relación soluto/solvente, ya que se obtiene un buen rendimiento y calidad. La curva experimental del tiempo de extracción en función del rendimiento de extracción es directa o positiva, es decir, al aumentar el tiempo lo hace también el rendimiento. El mejor tiempo de extracción es de una hora, puesto que proporciona un rendimiento del 97,57 %, manteniendo un tamaño de partícula de pulpa de 0,8mm y una relación de 1/8: gramos de morete/ ml de solvente constantes. Conforme el tamaño de partícula de la pulpa aumenta el rendimiento en la extracción disminuye. El tamaño de partícula que proporciona el mejor rendimiento de 98,12% está en el rango de 0,25 mm a 0,30 mm, manteniendo constantes el mejor tiempo de extracción de 60 min y una relación de 1/8: gramos de morete/ ml de éter de petróleo. La relación soluto/solvente es inversamente proporcional a la cantidad de aceite obtenido (rendimiento) y la mejor relación es de 1/6: gramos de morete/ ml de éter de petróleo, puesto que se obtuvo un rendimiento de extracción del 98,36%. Esto es para condiciones constantes de 60 min y tamaños de partícula de la pulpa entre 0,25mm a 0,3 mm. Las mejores condiciones para operar en el proceso de extracción de aceite de morete son: tiempo de extracción de 60 min con un tamaño de partícula de la pulpa entre 0,25- 0,30 mm y una relación soluto/solvente de 1/6: g de morete/ml de éter de petróleo, debido a que con estas condiciones se ha logrado extraer casi en su totalidad el aceite de pulpa de morete, proporcionando el 98,13 % de rendimiento. El aceite crudo de pulpa de morete si es un aceite de calidad, puesto que muestra características físicas y químicas similares a las de un aceite crudo de oliva, establecidas en las normas A.O.C.S. Y CODEX STAN. 115 El producto final obtenido es un tipo de aceite funcional y a la vez tiene un importante aporte nutricional, debido a la presencia de Omega 3 en un 1,38%, omega 6 en un 2,04% y en especial omega 9 con un 78, 10 %, lo que ayuda en el cuidado de la salud y mantenimiento del cuerpo humano. El aceite de morete es un aceite que pertenece al grupo de los aceites no secantes, debido al índice de yodo que se obtiene en la experimentación: 79 g yodo/100 g de muestra, lo que facilita la absorción de éste por parte de la piel del ser humano. Debido al valor de saponificación obtenido de 194,67 mg KOH/g aceite, se concluye que el aceite de morete tiene gran facilidad a la formación de espumas, siendo un gran candidato para la industria de cosméticos. Se concluye que el aceite de morete no se oxida fácilmente por efectos del aire, debido al valor de índice de oxidación que tiene: 5,75 meqO2/Kg aceite, lo que lo significa que no presentará una rápida rancidez por oxidación, favoreciendo a la estabilidad del aceite. La pulpa de morete se debe secar con un proceso de secado forzado a una temperatura de 60 °C durante un tiempo de 12 horas, ya que a estas condiciones se garantiza que la pulpa conserve todas sus características organolépticas (color, olor y sabor). La pulpa de morete tiene un apreciable contenido de nutrientes en su composición, en los que se destacan la proteína bruta con 7,7% y el contenido de aceite con 23,3%, convirtiendo al fruto morete en una gran fuente de nutrientes y sobre todo una potencial especie para la extracción de aceite vegetal. 116 8. RECOMENDACIONES Se recomienda probar otros tipos de secado de la pulpa de morete para ver si es posible la reducción del tiempo necesario para adquirir una humedad del 10% pero que permita a la vez la conservación de las características organolépticas propias de la pulpa. El método de extracción por solventes orgánicos realizada en esta investigación es buena para cumplir con todos los objetivos planteados, sin embargo, se recomienda realizar la extracción de aceite con otros métodos más amigables con el ambiente, como por ejemplo el prensado en frío, para obtener rendimientos similares o mejores. Realizar un análisis fisicoquímico a la torta residual obtenida como subproducto del proceso de extracción para orientar posibles usos, como la elaboración de balanceados para animales. Se recomienda realizar un proceso de refinación del aceite obtenido con el fin de cumplir con todos los requisitos establecidos por las normas ecuatorianas e internacionales para calificar a un aceite como comestible, es decir, que sea apto para el consumo humano. Este trabajo es factible desde el punto de vista de rendimiento y calidad del producto final, es decir, del aceite crudo obtenido, sin embargo se recomienda realizar un estudio de factibilidad económico que incluya el diseño del equipo industrial, para determinar si es económicamente viable la producción y posterior comercialización del aceite. De ser esto posible significaría fuentes de trabajo para los habitantes de la zona en donde se produce el fruto. Se recomienda crear proyectos de buenas prácticas de cosecha y post cosecha del fruto morete, con el fin de incentivar a la población de la región amazónica ecuatoriana al cultivo del fruto para garantizar la disponibilidad en todo el año de materia prima para la elaboración del aceite, esto en el caso de que se requiera industrializarlo. 117 CITAS BIBLIOGRÁFICAS [1] DEL CASTILLO Torres, Dennis, OTAROLA Acevedo, Erasmo, y FREITAS Alvarado, Luis. Aguaje la maravillosa palmera de la amazonia. Perú, Wust Ediciones, 2006. 14 p. [2] BALSLEV, H. y BORCHSENIUS, F. Catalogue of the vascular plants of Ecuador. Monogr. Syst. Bot. P.M. Jørgensen & S. León-Yánez. Missouri. 1999. 75 p. [3] MUTIS, Celestino José. Expediciones Botánicas Siglo XXI. [En línea]: Artículo disponible en el internet 1808. [Fecha de consulta: 10 Junio 2015]. 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Cit., p. 37. 118 [13] DEL CASTILLO, OTAROLA y FREITAS., Op. Cit., p. 31. [14] FAO/CATIE. 1983. Situación actual de la investigación y desarrollo en palmeras poco conocidas. Informes por especies y países mauritia In: Palmeras poco utilizadas de América Tropical, Turialba, Costa Rica. pp. 17-20. [15] DEL CASTILLO, OTAROLA y FREITAS., Op. Cit., pp. 28,33. [16] SHANLEY, Patricia, CYMERYS, Margaret, SERRA, Murilo, y MEDINA, Gabriel. Frutales y plantas útiles en la vida amazónica. 2 nd. ed. Roma. FAO. 2012, pp. 176-177. [17] KAHN, Francis, MEJÍA, Kember, MOUSSA, Farana y GOMEZ, Darwin. Mauritia Flexuosa (Palmae), Las más acuáticas de las palmeras amazónicas. p. 302. [18] LEGAZ Berbel, R. Estudio de la viscosidad y densidad de diferentes aceites para su uso como biocombustible. [En línea]. 30 Mayo 2014. [Fecha de consulta: 15 Mayo 2015]. Disponible en:<upcommons.upc.edu/pfc/.../2099.../3.4.%20El%20aceite%20vegetal.pdf> [19] BAILEY, Alton E., Aceites y grasas industriales. 2 nd. ed. 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Se pesa 5 g de muestra en cada una de las cajas petri e inmediatamente se tapan las cajas para evitar que las muestras adquieran humedad del exterior. Luego cada muestra se coloca en el interior de la estufa, cabe recalcar que al momento de introducir en la estufa las muestras se deben retirar las tapas de cada caja. Se deja deshidratar las muestras a una temperatura de 105 °C por un tiempo de 24h. Después se retiraran las muestras previamente tapadas y se enfrían en un desecador. Se colocan nuevamente las muestras en la estufa y al transcurrir 1h, nuevamente se enfrían y se pesan. Se repite este último paso hasta que las muestras adquieran peso constante. A.2. Determinación de Fibra Cruda. Para este ensayo se pesa en una balanza analítica 1g de muestra. Cada muestra se coloca en un frasco digestor berzelius, y se adiciona 3 gotas de una solución antiespumante, tres núcleos de ebullición y 150 ml de ácido sulfúrico 0,25N. Se coloca cada vaso en el aparato digestor de fibra. El termostato del aparato digestor de fibra debe estar en 4 hasta ebullición de las muestras y luego se baja a 2,5. Se deja hervir a la solución durante media hora a partir de su ebullición. Luego se retira las muestras del equipo y se filtra en tela de algodón con ayuda de un embudo y un matraz. Se filtra con cuidado para evitar que la muestra rebase los bordes de la tela. Se continua lavando la muestra, hasta que no haya reacción acida, lo que se evidencia, cuando al agregar tres gotas del indicador anaranjado de metilo 1% en el líquido del filtrado, este proporciona una coloración amarilla. Luego con ayuda de una espátula, se regresa la muestra que se queda en la tela a cada vaso berzelius, tratando de que no queden residuos de muestra en la tela. Se adiciona a cada vaso que contiene la muestra 150 ml de una solución de NaOH 0,313N. Nuevamente se colocan los vasos en el aparato digestor de fibra y se deja hervir la solución por media hora a partir de su ebullición. Transcurrido este tiempo se retiran los vasos del equipo y se filtran en tela de algodón, con ayuda de un embudo y un matraz. Se realiza varios lavados con agua destilada hasta que no haya reacción alcalina, lo que se evidencia al agregar 3 gotas del indicador fenolftaleína 1% en el líquido filtrado, no proporciona viraje de color. Posteriormente con ayuda de una cuchilla, se raspa la muestra y se la coloca en un crisol previamente seco a 60 °C y enfriado en un desecador por 20 min. Los crisoles con las muestras se introducen en una estufa a 130 °C por un tiempo de 2 horas. Transcurrido este tiempo, se transfieren las muestras al desecador, se dejan enfriar por 20 min y se pesa cada una de las muestras secas. Luego se colocan las muestras secas en una mufla, se incineran a una temperatura 125 de 550 °C por 30 min. Inmediatamente se colocan las muestras en el desecador, se enfrían hasta temperatura ambiente y finalmente se pesan las muestras incineradas. A.3. Determinación del Extracto Etéreo (Contenido de Grasa). En un papel filtro cualitativo grueso se pesa 2g de muestra previamente molida y seca. Luego se dobla el papel hasta formar un cartucho (paquete), de manera que al ponerlo en posición vertical no haya derrame de muestra. Se pesan los vasos para grasa. Luego se coloca el cartucho que contiene la muestra en el porta cartuchos y se adapta éste en la abrazadera del aparato goldfisch. En una probeta se mide 60ml de solvente (para nuestro caso es éter de petróleo), se trasvasa al vaso para grasa e inmediatamente se adapta al equipo goldfisch. Se revisa que la entrada de agua del tubo de condensación del equipo se encuentre abierta y el calentamiento del termostato se encuentre en 4.5. Se inicia el calentamiento del solvente y se deja hervir por dos horas. Transcurrido este tiempo, se baja la placa de calentamiento del vaso para grasa y se deja enfriar. Luego se retira la porta-cartucho que contiene la muestra sólida (torta) y se coloca el cartucho recuperador de solvente en la abrazadera del equipo. Se coloca nuevamente el vaso que contenía la mezcla grasa-solvente en el aparato. Se inicia nuevamente el calentamiento hasta que se evapore todo el solvente del vaso. Inmediatamente se aleja la placa de calentamiento para evitar que la grasa contenida en el vaso se queme. Después se retira el vaso que contenía la grasa y se introduce en una estufa a 100 °C por 30 min. Con ayuda de una pinza se retira la muestra grasa de la estufa, se enfría en un desecador por 20 min y finalmente se pesa en una balanza analítica. Se regresa el éter de petróleo recuperado a un frasco y se guarda el cartucho que contenía la muestra sólida para posterior análisis de fibra cruda. A.4. Determinación de ceniza. Se coloca los crisoles vacíos en una mufla a 600 °C, se enfrían en un desecador por 30 min y se pesan en una balanza analítica. Luego se pesa 5 g de muestra previamente seca y molida. Se coloca la muestra pesada en cada uno de los crisoles. En una plancha de calentamiento se calcina la muestra. Luego se traslada el crisol que contiene la muestra calcinada a una mufla previamente calentada a 600 °C y se deja por un lapso de 2 h. Luego se retira la muestra de la mufla y se enfría en un desecador hasta temperatura ambiente. Finalmente se pesa el crisol que contenía la muestra fría. Nuevamente se coloca el crisol en la mufla por una hora a 600 °C, se enfría en el desecador hasta temperatura ambiente y por último se pesa la muestra. Se repite el procedimiento hasta obtener peso constante. A.5. Determinación de proteína. En un papel graso se pesa 1g de muestra sólida previamente secada y molida. Se realiza una envoltura de tal forma que al colocarlo en posición vertical no se derrame la muestra. 126 En un tubo Kjeldahl se coloca la envoltura con la muestra, tres núcleos de ebullición, una pastilla de Kjeldahl y 20 ml de ácido sulfúrico concentrado. Previamente se enciende el equipo digestor y se programa para que se digestione por 2 h a una temperatura de 400 °C. Una vez alcanzada la temperatura de 400 °C por el equipo digestor, se coloca el tubo digestor en el interior del equipo y se realiza las debidas conexiones para que se pueda dar inicio a la digestión. Se da inicio al proceso de digestión de la muestra por un lapso de 2h a 400 °C. Finalizado este tiempo se retira del equipo el tubo de digestión que contenía la muestra y se deja enfriar. Una vez fría la muestra se adiciona 65ml de agua destilada al tubo digestor. Luego se enciende el destilador de proteína y se destila la muestra con una dosificación de: 65ml de solución de hidróxido de sodio (NaOH) al 45,5N y 35ml de una solución de ácido bórico (HBO3) al 2%. La destilación se realiza por un tiempo de 10 min. Finalizada la etapa de destilación, se titula la muestra (destilado) con ácido sulfúrico (H2SO4) al 0,13N hasta un viraje de color de verde claro a morado pálido. 127 ANEXO B. Procedimientos según Normas INEN y A.O.A.C. para la caracterización fisicoquímica del aceite de morete B.1. Densidad. Previamente se realiza la calibración del picnómetro, en donde se lava y se seca completamente el picnómetro. Luego se llena el picnómetro con agua destilada recién hervida y enfriada a 20 °C, se coloca la tapa en el picnómetro cuidadosamente para evitar la inclusión de burbujas de aire. Se sumerge en el interior de un baño de agua a 25 ° y se deja en reposo por un tiempo de 30 min. Transcurrido este tiempo se retira el picnómetro del baño, se seca cuidadosamente, se enfría a temperatura ambiente por 30 min y finalmente se pesa el picnómetro en una balanza analítica. Luego de esto se vacía y se lava el picnómetro con alcohol etílico varias veces y luego con éter etílico. Finalmente se seca el picnómetro y se registra su peso. Para la determinación de la densidad de la muestra problema se procede de la siguiente manera: Primero se llena completamente el picnómetro con la muestra de aceite a 23 °C. Luego se coloca la tapa del picnómetro cuidadosamente evitando la inclusión de burbujas de aire en el interior. Se sumerge el picnómetro que contiene la muestra en un baño de agua a 25 ° C y se deja reposar por un tiempo de 30min. Transcurrido este tiempo se retira el picnómetro del baño, se seca cuidadosamente con una toalla de papel absorbente y se deja enfriar a temperatura ambiente por 30 min. Finalmente se pesa el picnómetro con la muestra en una balanza analítica y se registra su peso. B.2. Acidez. En un matraz de 250 ml de capacidad se pesa 5 g de aceite y se adiciona 50 ml de alcohol neutro, se agita vigorosamente y se calienta la muestra por unos breves minutos. Luego se adiciona de 4-6 gotas de fenolftaleína al 1% a la solución a ser valorada. Se titula en presencia de agitación constante y con una solución de hidróxido de sodio (NaOH) al 0,1 N previamente estandarizada. Se valora hasta que la muestra problema adquiera un viraje de color rosado. Finalmente se registra el volumen de hidróxido de sodio (NaOH) consumido y se realizan los cálculos respectivos. B.3. Índice de Peróxidos. En un matraz Erlenmeyer de tapa esmerilada y 250 ml de capacidad se pesa 5 g de muestra de aceite, se adiciona 30 ml de una solución ácido acético- cloroformo (3:2), se tapa el matraz y se agita muy lentamente hasta completa disolución del aceite. Después se pipetea 0,5 ml de una solución saturada de yoduro de potasio (KI) en la muestra, se tapa el matraz y se agita muy lentamente por un tiempo de 5min. A la vez se incorpora 25 ml de agua destilada libre de CO2 y se agita muy lentamente. El agua libre de CO2 se prepara llevando un cierto volumen de agua destilada hasta ebullición y finalmente se deja enfriar. 128 Luego se titula la muestra con una solución de tiosulfato de sodio (Na2S2O3) 0,01 N, previamente estandarizada, agitando vigorosamente la muestra y hasta que la coloración amarilla haya casi desparecido. De inmediato se agrega 0,5 ml de una solución indicadora de almidón al 1 % y se continúa la titulación con vigorosa agitación hasta que el color azul desaparezca. Luego se reportar el volumen de tiosulfato de sodio (Na2S2O3) 0,1N consumido en la titulación. Finalmente se repite el mismo procedimiento pero con un blanco y con esto se debe realizar los cálculos respectivos. B.4. Índice de Saponificación. Se realiza las conexiones respectivas para armar un equipo de reflujo. En un balón de boca esmerilada y de 250 ml de capacidad se pesa 2 g de muestra de aceite. Se agrega a la muestra 25 ml de una solución de hidróxido de potasio (KI) al 0,5 N. Se adapta el balón al refrigerante del equipo de reflujo y se calienta en ebullición moderada la grasa por un lapso de 1 h. Luego de transcurrido este tiempo se retira el refrigerante y se adiciona a la muestra saponificada 1ml del indicador de fenolftaleína 1%. Se titula en caliente con la solución de ácido clorhídrico (HCl) al 0,5 N, previamente estandarizada. Durante la titulación se debe garantizar la constante agitación de la muestra. Se finaliza la titulación cuando la coloración rosada haya desaparecido. Simultáneamente se debe correr un blanco, es decir se realiza el mismo procedimiento pero sin muestra de aceite. Finalizada la titulación, se anota el volumen consumido de ácido clorhídrico (HCl) al 0,5 N; tanto del blanco como de la muestra y se realizan los cálculos respectivos. B.5. Índice de Yodo. Primeramente se pesa una muestra de aceite de forma tal, que el volumen de solución de Wijs que se añada, asegure un exceso de 100 a 150 % con respecto a la cantidad de yodo que sea absorbida por la muestra. Para cumplir con esta condición se presenta la siguiente tabla: Tabla B1. Tabla de pesos para la determinación del índice de yodo Índice de yodo Masa de la porción Volumen del esperado de ensayo solvente [g/100 g] [g] [ml] < 1,5 15 25 1,5 – 2,5 10 25 2,5 – 5 3 20 5 – 20 1 20 20 – 50 0,40 20 50 – 100 0,20 20 100 – 150 0,13 20 150 – 200 0,10 20 Fuente: ROSSELL J. B., Pritchard J, L. R.; Analysis of Oilseeds, fats and Fatty Foods; Elsevier Science Publishers Ltd, Irlanda 1991. 129 Luego se pesa en un matraz de 500 ml de capacidad y tapa esmerilada la cantidad de aceite calculada en la tabla anterior. Después se pipetea 20 ml de una solución de cloroformo, se tapa y se agita por unos segundos. Se adiciona 25 ml del reactivo de Wijs, se coloca la tapa esmerilada en el matraz y se agita vigorosamente. Además se deja reposar la solución muestra en un lugar seco y oscuro por un tiempo de 30 min. Transcurrido este tiempo, se adiciona a la muestra 20 ml de una solución de yoduro de potasio (KI) al 15 % en peso y se agita con precaución para que no quede solución en las paredes del matraz. Se adiciona 100 ml de agua destilada, previamente hervida y enfriada. Se debe asegurar de lavar las paredes del matraz con el agua para no dejar residuos de solución. Se inicia la titulación de la muestra con una solución de tiosulfato de sodio (Na2S2O3) al 0,1 N, previamente estandarizada. Se agita vigorosamente durante la titulación. Luego se titula hasta que la solución adquiera una coloración amarilla. A la muestra se añade 1 ml del indicador de almidón al 1%. Se continúa con la titulación hasta que se efectúa un viraje de color de café oscuro a transparente. Cerca del punto final de la titulación se debe agitar vigorosamente el matraz para que cualquier remanente de yodo pase a la solución de yoduro de potasio y no afecte los resultados. Simultáneamente se corre un blanco, es decir, se realiza el mismo procedimiento pero sin muestra de aceite. Finalmente se anota el volumen consumido de tiosulfato de sodio (Na2S2O3) al 0,1 N en la titulación, tanto del blanco como de la muestra de aceite y se realizan los cálculos respectivos. 130 ANEXO C. Diagrama de flujo para la obtención de aceite de morete Agua Potable Morete CLASIFICACION Fruto Morete Morete sin Impurezas DESPULPADO Pulpa Morete TROCEADO Pulpa Seca SECADO Cascara Pepas Impurezas Pulpa en Trozos Frutos en Mal estado LAVADO Eter de petroleo EXTRACCION Aceite + solvente t= 1 h, Gr= 0,25-0,30 mm Rel= 1/6 m/v T= 50 °C ROTAEVAPORACION T= 40 °C t= 5 min V= 3 m/s Harina de Morete Tamizada TAMIZADO Harina de Morete Gr= 0,25-0,30 mm t= 10 min MOLIENDA T= 60 °C t= 12 h ACEITE DE MORETE Solvente Recuperado Figura C.1. Diagrama de flujo para la obtención de aceite crudo a partir de la pulpa de morete 131 Agua Evaporada ANEXO D. Hoja de seguridad del éter de petróleo 132 Anexo D. (Continuación) 133 Anexo D. (Continuación) 134 ANEXO E. Datos para la determinación del tiempo y temperatura de secado Tabla E.1. Datos experimentales para el secado a 50 °C Temperatura Masa inicial Masa de la de secado de la muestra muestra seca [°C] [g] [g] 50 44,15 16,19 Tiempo [min] Tiempo [h] Peso de la muestra [g] 0 0,0 44,15 30 0,5 43,78 45 0,8 41,45 105 1,8 38,94 150 2,5 36,96 180 3,0 35,02 240 4,0 32,08 300 5,0 29,06 480 8,0 22,98 600 10,0 20,50 900 15,0 17,81 1344 22,4 16,21 1452 24,2 16,19 Tabla E.2. Datos experimentales para el secado a 60 °C Temperatura Masa inicial Masa de la de secado de la muestra muestra seca [°C] [g] [g] 60 50,08 18,37 135 Tiempo [min] Tiempo [h] Peso de la muestra [g] 0 0,0 50,08 30 0,5 49,43 60 1,0 45,55 95 1,6 43,47 140 2,3 40,49 180 3,0 38,55 240 4,0 34,9838 300 5,0 32,028 480 8,0 25,0962 600 10,0 21,884 900 15,0 19,595 1235 20,6 18,38 1455 24,3 18,37 ANEXO E. (Continuación) Tabla E.3. Datos experimentales para el secado a 70 °C Temperatura Masa inicial de secado de la muestra [°C] [g] 70 50,00 Masa de la muestra seca [g] 18,82 Tiempo [min] Tiempo [h] Peso de la muestra [g] 0 0,0 50 30 0,5 48,8 70 1,2 44,93 110 1,8 42,85 145 2,4 39,87 180 3,0 37,93 300 5,0 31,58 456 7,6 24,99 600 10,0 21,26 744 12,4 20,7 840 14,0 19,78 1235 20,6 18,84 1330 22,2 18,82 1420 23,7 18,82 Tabla E.4. Datos experimentales para el secado a 80 °C Temperatura de secado [°C] 80 Masa inicial de la muestra [g] 50,15 Masa de la muestra seca [g] 14,40 136 Tiempo [min] Tiempo [h] Peso de la muestra [g] 0 0,0 50,15 30 0,5 46,5 60 1,0 43,72 95 1,6 40,51 140 2,3 37,75 180 3,0 34,76 240 4,0 30,97 300 5,0 26,34 480 8,0 23,02 600 10,0 20,14 900 15,0 19,12 1235 20,6 18,523 1455 24,3 18,4051 ANEXO E. (Continuación) Tabla E.5. Datos experimentales para el secado a 90 °C Temperatura de secado [°C] 90 Masa inicial Masa de la de la muestra muestra seca [g] [g] 50,08 18,31 Tiempo [min] Tiempo [h] Peso de la muestra [g] 0,00 0,00 50,08 30,00 0,50 45,5 60,00 1,00 43,43 96,00 1,60 39,19 138,00 2,30 36,73 180,00 3,00 33,3 240,00 4,00 29,23 300,00 5,00 25,08 480,00 8,00 20,5 600,00 10,00 19,01 900,00 15,00 18,92 1236,00 20,60 18,379 1452,00 24,20 18,379 Tabla E.6. Datos experimentales para el secado a 100 °C Masa Masa de la Temperatura de inicial de la muestra seca secado [°C] muestra [g] [g] 100 50,00 18,33 137 Tiempo [min] Tiempo [h] Peso de la muestra [g] 0 0,00 50,000 30 0,50 46,120 60 1,00 40,830 96 1,60 37,720 138 2,30 35,210 180 3,00 31,720 240 4,00 28,120 300 5,00 22,520 480 8,00 19,180 600 10,00 19,020 900 15,00 18,500 1236 20,60 18,350 1452 24,20 18,334 ANEXO F. Cálculos para la determinación y temperatura de secado Para éste cálculo se utilizan los datos de las tablas E.1, E.2, E.3, E.4, E.5 y E.6. Se ilustran las fórmulas matemáticas para la determinación de la humedad en base húmeda (F.1.) y en base seca (F.2.) y un cálculo modelo para la temperatura de secado de 60 °C. F.1 Contenido de humedad en base húmeda %𝐻𝑏.ℎ. = 𝑚ℎ𝑇 − 𝑚ℎ ∗ 100 𝑚ℎ𝑇 (F1) Donde: %𝐻𝑏.ℎ. = Contenido de humedad en base húmeda, [%] 𝑚ℎ𝑇 = Masa húmeda total, [g] 𝑚ℎ = Masa de la muestra húmeda, [g] Calculo modelo para el contenido de humedad en base húmeda para la temperatura de 60 °C y a un tiempo de 30 min. %𝐻𝑏.ℎ. = 50,08 − 49,43 ∗ 100 50,08 %𝐻𝑏.ℎ. = 1,2879 % F.2 Contenido de humedad en base seca %𝐻𝑏.𝑠. = 𝑚ℎ − 𝑚𝑠 ∗ 100 𝑚𝑠 Donde: %𝐻𝑏.𝑠. = Contenido de humedad en base seca, [%] 𝑚ℎ = Masa de la muestra húmeda, [g] 𝑚𝑠 = Masa de la muestra seca, [g] 138 (F2) Calculo modelo para el contenido de humedad en base seca para la temperatura de 60 °C y a un tiempo de 30 min: %𝐻𝑏.𝑠. = 49,43 − 16,77 ∗ 100 16,77 %𝐻𝑏.𝑠. = 32,66 ∗ 100 16,77 %𝐻𝑏.𝑠. = 194,75 % 139 ANEXO G. Caracterización de la pulpa de morete Figura G.1. Determinación de humedad Figura G.2. Determinación del contenido de aceite 140 ANEXO G. (Continuación) Figura G.3. Determinación de fibra bruta Figura G.4. Determinación de ceniza 141 ANEXO G. (Continuación) 142 ANEXO H. Obtención de la materia prima para la extracción de aceite Figura H.1. Frutos de morete Figura H.2. Despulpado de la pulpa de morete 143 ANEXO H (Continuación) Figura H.3. Secado de la pulpa de morete Figura H.4. Molienda de la pulpa de morete 144 ANEXO H. (Continuación) Figura H.5. Tamizado de la pulpa de morete ANEXO I 145 ANEXO J. Extracción del aceite de morete Figura J.1. Extracción de aceite de morete por el método soxhlet Figura J.2. Recuperación del solvente por rotaevaporación 146 ANEXO J (Continuación) Figura J.3. Aceite crudo de morete Figura J.4. Torta residual (Refinado) 147 ANEXO K. Control de calidad del aceite obtenido Figura K.2. Índice de Acidez Figura K.3. Índice de Peróxido 148 ANEXO K (Continuación) Figura K.4. Índice de saponificación Figura K.5. Índice de Yodo 149 ANEXO L. Tabla F de Fisher para el análisis estadístico ANOVA Fuente: MENDOZA Apaza, Fernando. ANOVA de Recepción de Señales de Celulares en el Medio Ambiente [En Línea]. Perú: Universidad Inca Garcilazo de la Vega. [Fecha de consulta: 21 de Abril 2015]. Disponible en: < http://www.monografias.com/trabajos29/recepcionsenales-celulares/recepcion-senales-celulares.shtml>. 150 ANEXO M. Características fisicoquímicas recomendadas por la Norma A.O.C.S. Y CODEX STAN Tabla M. Requerimientos aceite de oliva Características Densidad a 25 °C Índice de Iodo* índice de Saponificación Título, °C Ensayo de Crismer, °C Materia insaponificable, % Ácidos grasos libres**, % Comestible 0,909-0,915 80-88 188-196 17-26 68,5-71,6 No más 1,4 No más 1,5 Colas de aceite de oliva ….. 77-90 186-196 16-26 …. No más 2,3 …. *El índice de iodo mínimo para el aceite de california debe ser 79; y el máximo para el de África y Dalmacia debe ser 92. ** Las colas de aceite de oliva no deben contener más del 3% de humedad y de impurezas solubles y no más de 0,20% de cenizas. Fuente: BAILEY, Alton E.Aceites y grasas industriales. Editorial Reverté S.A., Barcelona, 1984. 128 p. Figura M.1. Características fisicoquímicas recomendadas por la Norma A.O.C.S. Fuente: FAO/OMS. Norma del Codex para aceites vegetales especificados. Roma 1999. p.8. CODEX STAN 210-1999. Figura M.2. Características fisicoquímicas recomendadas por la Norma CODEX STAN 151 ANEXO N. Perfil de ácidos grasos 152 ANEXO N. (Continuación) Figura N.1. Perfil de ácidos grasos elaborado por Laboratorios U.B.A. 153
