Evaluación comparativa del rendimiento del proceso de extracción y

EVALUACIÓN COMPARATIVA DEL RENDIMIENTO DEL PROCESO DE
EXTRACCIÓN Y CARACTERIZACIÓN DEL ACEITE DE VARIEDADES DE LA
SEMILLA DE PIJIGUAO
(Bactris gassipaes HBK)
Ortiz, P. Jean C.
Departamento de Ingeniería Química. Escuela de Ingeniería Química
Facultad de Ingeniería. Universidad de Carabobo. Valencia. Estado Carabobo. Venezuela.
email: [email protected]
por los pobladores indígenas de la región y forma parte
de su acervo cultural y de sus creencias
mítico-religiosas. En otros países como Costa Rica,
Colombia y Brasil, esta planta tiene una mayor
diversificación: de la pulpa y la semilla se obtiene
aceite, las yemas foliares se utilizan para la producción
de palmito (al año y medio de plantada), el tallo de
las plantas adultas se utiliza como madera y las hojas
son empleadas localmente para construir el techo de
las viviendas (Lugo y Hernández, 2004).
Resumen: La siguiente investigación consistió en evaluar el proceso de extracción de aceite para las variedades
roja y amarilla de la semilla de pijiguao (Bactris gassipaes HBK). Se caracterizaron las semillas, se determinaron
las mejores condiciones de extracción del aceite y el porcentaje de rendimiento. Se realizó la extracción,
refinación y caracterización del aceite crudo de la variedad amarilla. Las variedades solo difieren en su contenido
de humedad. La variedad amarilla presentó mayor porcentaje de aceite con un (28,8%±0,2%)%, y las mejores
condiciones de extracción fueron 5 g de semilla seca, tamaño de partícula de 0,850 mm y 6 h de extracción.
El aceite refinado posee un índice de acidez de (0,111±0,001) mg NaOH/ g aceite, un contenido de yodo de
(5,34±0,01)cg I/ g aceite, e índice de saponificación de (194±20) mg KOH/g aceite. El perfil de ácidos grasos
permitió conocer que posee un (90,34±0,01)% de grasas saturadas.
La pertinencia científica de la investigación se centra
en la caracterización de la semilla, la determinación
de las mejores condiciones de extracción del aceite
de dos variedades en un equipo piloto Soxhlet y la
caracterización del aceite extraído.
Palabras clave: Aceite, extracción, pijiguao, rendimiento, semilla.
La escogencia de las dos variedades del pijiguao se
realizó en función de la disponibilidad de las variedades
en la Estación Experimental Samán Mocho, ya que se
pudo comprobar que las variedades con mayor número
de plántulas y mayor tamaño de racimo fueron las
semillas con el exocarpio de color rojo y amarillo. Cabe
destacar que la variedad de color naranja, también
existente en la estación experimental no se descartó
por la ausencia de material graso, sino por que el
número de semillas a recolectar sería menor que las
dos primeras, de tal manera que estas últimas
proporcionaron mayor cantidad de materia seca para
llevar a cabo la extracción. Una vez recolectadas las
muestras se llevaron al laboratorio y se procedió a
obtener la semilla de la fruta y a almacenarla en
recipientes oscuros sellados y lejos de la humedad
para evitar la oxidación del material.
COMPARATIVE EVALUATION OF THE EXTRACTION PROCESS’ EFFICIENCY
FOR OBTAINING OIL FROM TWO VARIETIES OF PIJIGUAO SEEDS
UNDER A 50° DRYING SCHEME
(Bactris gassipaes HBK)
Abstract: The research that follows evaluated the oil extraction process regarding two varieties (red and
yellow) of Pijiguao seeds. These seeds were characterized, and the best condition for oil extraction was
determined, as well as the efficiency through a mixed experimental-factorial design and a Soxhlet solid-liquid
extraction equipment. Crude oil was extracted from the yellow seeds and was characterized according to
COVENIN norms. The seeds’ characterization allowed the determination of their similarities and that they differ
in the moisture content by 6.56%. The yellow variety had higher oil content, being 28.770%, and the best
extraction conditions were: 5 grams of dry seed, 1 of ground seed and a 6-hour extraction time.
The characterization of the refined oil shows the following results: acid number 0.1111 mg NaOH / g oil; iodine
5.34 cg I / g oil; saponification number 194 mg KOH / g oil; refractive index 1.334 adim and relative density of
0.923. The fatty acid profile allowed to know that its percentage of saturated fat is 90.34%.
Key words: Oil extraction, pijiguao, yield, seed
INTRODUCCIÓN
El pijiguao (Bactris gassipaes HBK) es un fruto de
palma similar al que se obtiene de la palma africana,
coroba, corozo, palmiste entre otros, es una especie
perteneciente a la familia palmas Arecaceae, cuya
palmera es originaria de América tropical. Pertenece
al grupo de las Bactrioideas, las cuales tienden a formar
una cepa de varios tallos o estípites que emergen de
la base. El fruto tiene la pulpa carnosa, amilácea, algo
aceitosa, con fibras. En Venezuela es cultivada en los
estados Amazonas, Bolívar, Portuguesa en dónde gran
parte de este cultivo es llevado a cabo por grupos
indígenas de la zona (Lugo, Hernández y Orozco,
2005) y en el estado Carabobo en la Estación
Experimental Samán Mocho donde se realizó la
recolección de las especies para el desarrollo de la
presente investigación. Se puede consumir
directamente después de cocida, en forma de harina,
helados, jugos, entre otros. Este fruto es muy apetecido
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METODOLOGÍA
Selección de las dos variedades del pijiguao
(Bactris gassipaes HBK)
Caracterización de la semilla del pijiguao (Bactris
gassipaes HBK)
Se realizó la caracterización de la semilla según las
Normas Venezolanas COVENIN, los nutrientes que se
consideraron fueron: porcentaje de humedad (115679), cenizas (328-01), grasa libre (3218-96), fibra
cruda (1194-79), calcio (1158-82), fósforo (1178-83)
y proteínas (1195-80), los valores obtenidos se
compararon con los de la pulpa de la misma especie,
ya que se carecía de esta información con respecto a
la semilla.
88
Diseño Experimental
De acuerdo a las investigaciones en semillas
oleaginosas realizadas por Oviedo, Hernández y Mieres
(2010), Delgado y Ramírez (2006) y Rondón (2009),
se pudo observar que las variables más influyentes
en el proceso de extracción fueron: masa de semilla
seca, tamaño de partícula y tiempo de extracción;
partiendo de los hallazgos encontrados por estos
investigadores se procede a la selección de los niveles
de cada una de estas variables los cuales se pueden
observar en la Tabla Nº 1 y cuya variable de respuesta
es el porcentaje de rendimiento.
Tabla Nº 1. Factores y niveles involucrados en
el proceso de extracción
Factor
Masa (g)
Tamaño (mm)
Tiempo (h)
Nivel 1
Nivel 2
Nivel 3
5
15
-
0,850
1,680
-
4
5
6
El diseño experimental que se emplea para el estudio
es de tipo factorial mixto del tipo mn, donde m
representa los niveles a analizar y n el número de
variables independientes (Camisón, Cruz y González
2006). Finalmente resulta 31x22, se obtiene así un total
de 12 experimentos; los ensayos se realizan por
triplicado con la finalidad de garantizar la
reproducibilidad y confiabilidad de los resultados.
Se realiza un análisis de varianza a través de un
software estadístico que indica la interacción entre
las variables y el rendimiento del proceso de extracción
con un nivel de significancia del 95%. Este análisis
permitió no solo determinar las mejores condiciones
de extracción con las cuales se realizaría la obtención
del aceite para su análisis, sino la selección entre las
variedades. Las condiciones de extracción utilizadas
se describen a continuación:
Preparación de la semilla
La preparación de la semilla consta de varias etapas
que se enumeran a continuación:
a. Obtención del fruto de las plantas.
b. Descascarado para la obtención de la semilla.
c. Pre-tratamiento térmico: se realizó un proceso de
calentamiento de 6 h a 40ºC, con éste se logra el
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Ortiz, P. Jean C.
total desprendimiento de la pulpa adherida a la misma
y liberación parcial de la humedad de la almendra
dentro de la semilla.
d. Ruptura de la semilla a través de un proceso
mecánico que logra la fractura de la misma
desalojando así la almendra que contiene en su
interior.
e. Disminución del tamaño de la almendra; con la
finalidad de aumentar el área de exposición al
proceso de secado.
f. Secado a 50ºC y 24 h de exposición.
g. Trituración y tamizado de la almendra con la
finalidad de obtener los tamaños para los tamices
disponibles en el laboratorio, 0,850 mm y 1,650
mm.
h. Almacenamiento de la almendra seca a 40ºC, para
evitar incorporación de humedad y evitar
crecimiento de microorganismos que pudieran
contaminar la muestra.
De igual forma se muestra en la Tabla Nº 3 las mejores
condiciones de extracción para las variedades en
conjunto.
(703, 2001), índice de refracción(702, 2001, índice de
saponificación (323, 1998), índice de yodo (324, 2001),
índice acidez (325, 2001) e índice de peróxidos (508,
2001). Finalmente se realiza el perfil de ácidos grasos
basados en la norma COVENIN 2281-1998.
Tabla Nº 3. Mejores condiciones de extracción
para las variedades roja y amarilla en conjunto.
Perfil de ácidos grasos
El perfil de ácidos grasos se llevó a cabo en un
cromatógrafo de gases en una empresa dedicada a la
manufactura de aceites y grasas comerciales.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Rendimiento durante el proceso de extracción
Se muestra en las figuras 1 y 2 el rendimiento durante
el proceso de extracción para las variedades en
estudio.
Proceso de extracción. Materiales y equipos
Figura 2. Porcentaje de rendimiento de
extracción del aceite de la semilla de pijiguao
para la variedad amarilla.
Análisis estadístico sobre las mejores
condiciones de operación
En la Tabla Nº 2 se muestra la interacción de las
variables sometidas a estudio: masa de semilla
alimentada, tamaño de partícula, tiempo de extracción
y variedad así como su nivel de significancia con un
95% de confiabilidad.
Se empleó un equipo de extracción Soxhlet (Rondón,
2009) a escala piloto con seis planchas de
calentamiento, lo que permitió realizar de forma
simultánea dos experimentos por triplicado. La variable
que permitió llevar a cabo el control del proceso de
extracción fue el tiempo, establecido anteriormente
con 3 niveles.
Tabla Nº 2. Análisis estadístico de varianza
para la extracción de aceite de la semilla de
pijiguao para las dos variedades en conjunto
Procedimiento experimental del proceso de
extracción de aceite
La extracción del aceite se realiza a través del método
Soxhlet considerando la recuperación del hexano una
vez concluida la extracción. El rendimiento del proceso
de extracción se determina a través de la ecuación 1:
(1)
Caracterización del aceite extraído
Para la caracterización del aceite extraído fue
necesario purificarlo a través de una filtración al vacío
con un filtro Büchner, el cual permite la eliminación de
posibles sólidos disueltos en la mezcla; este
procedimiento se realiza a 50ºC (COVENIN 635, 1997).
Posteriormente se realizaron los siguientes análisis
de acuerdo a las normas COVENIN: densidad relativa
Fuente
Figura 1. Porcentaje de rendimiento de
extracción del aceite de la semilla de pijiguao
para la variedad roja.
Es necesario destacar que el mayor rendimiento de
extracción de aceite se obtuvo para tamaños de
molienda de 0,850 mm y para 6 horas de extracción,
el análisis estadístico siguiente indica las mejores
condiciones de extracción.
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90
Valor-P
De acuerdo a lo anterior se puede observar que las
variables influyentes en el proceso de extracción
quedan determinadas por la variedad y el tamaño de
la partícula, finalmente se selecciona la variedad
amarilla, con un tiempo de extracción de 6 horas, 15
g de semilla alimentada y un grado de molienda de
0,850 mm. La aplicación del análisis de varianza solo
para la variedad amarilla y sus mejores condiciones
de extracción se muestran en las Tablas Nº 4 y Nº 5.
Tabla Nº 4. Análisis estadístico de varianza
para la extracción de aceite de la semilla del
pijiguao para la variedad amarilla
Fuente
Valor-P
Masa (A)
0,0663
Tamaño (B)
0,0000
Tiempo (C)
0,0000
AB
0,3016
Masa (A)
0,0197
Tamaño (B)
0,0000
AC
0,0116
Tiempo (C)
0,0000
BC
0,0290
Variedad (D)
0,0050
CC
0,0431
AB
0,0051
AC
0,0045
AD
0,4310
BC
0,0002
BD
0,0516
CC
0,2700
CD
0,0225
Del análisis anterior se puede observar que las mejores
condiciones de extracción para la obtención del aceite
de la variedad amarilla fueron 6 horas de extracción,
5 g de semilla alimentada y 0,850 mm como tamaño
de partícula. El análisis de varianza permite obtener
un modelo matemático con un factor de correlación
R2= 96,79%, para predecir el rendimiento en el proceso
de extracción:
Y= 21.754 + 0.3239A – 4.58098B + 1.13072C
– 0.56185AC – 0.47816 BC+ 0.76214C2
-0.17804AB
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Ortiz, P. Jean C.
(2)
Tabla Nº 5. Mejores condiciones de extracción
para la variedad amarilla de pijiguao
Caracterización del aceite crudo
Una vez obtenido el aceite de la semilla de pijiguao
de la variedad amarilla bajo las mejores condiciones
de operación, se procedió a caracterizarlo para
determinar las propiedades físico-químicas de acuerdo
a los requerimientos establecidos en las normas
COVENIN para aceites y grasas vegetales que se
indican en la Tabla Nº 7.
Tabla Nº 7. Requerimientos establecidos por
las normas COVENIN para aceite y grasas
vegetales
Cabe destacar que el modelo es sólo aplicable bajo
las condiciones de trabajo iniciales, no es extrapolable,
es decir al cambiar las condiciones de trabajo el modelo
no es confiable.
Caracterización de aceite refinado
La única etapa de refinación aplicada para el aceite
crudo fue la decoloración o blanqueo debido a la
presencia de impurezas y turbidez en el producto. Cabe
destacar que no fue necesario realizar la etapa de
neutralización, ya que según la tabla Nº 8, se obtuvo
un índice de acidez dentro de la norma COVENIN
325:01. La etapa de desodorización no fue necesaria
ya que el olor el aceite no presentaba olores
desagradables.
Caracterización de la semilla del pijiguao
(Bactris gassipaes HBK)
Los resultados obtenidos de la composición nutricional
de la semilla de pijiguao se muestran en la Tabla Nº
6, en ésta se puede observar diferencia en el
porcentaje de humedad, aunque el porcentaje de
grasa cruda solo se diferencia en 1,5% a favor de la
variedad amarilla, ésta última representa la variedad
con mayor contenido graso por lo que ofrece
adicionalmente debido a su menor contenido de
humedad ofrece mayor contenido de materia seca para
extracción y menor desperdicio de material. La semilla
puede representar una alternativa para la elaboración
de alimentos para animales en vista del alto contenido
de fibra cruda, fósforo y proteínas que contribuyen al
crecimiento, formación de huesos y tejidos entre otros
beneficios (Rondón, 2009).
Tabla Nº 6. Composición nutricional obtenida
para dos variedades de la semilla de pijiguao
El aceite posee un índice de peróxido por encima del
establecido en la Tabla Nº 7 que se debe posiblemente
a la aceleración del proceso oxidativo por las altas
temperaturas suministradas en la extracción y al
tiempo prolongado el mismo. Un aspecto importante
que se debe considerar es que el índice de
saponificación se encuentra dentro de los límites
establecidos por la norma según la Tabla Nº 7, lo que
muestra un potencial uso en la industria de jabón, ya
que los mejores aceites para la elaboración de producto
tienen índices elevados (Rondón, 2009).Finalmente los
índices de refracción y densidad relativa se encuentran
fuera de norma, debido en su mayoría a las impurezas
y turbidez que contiene el aceite, por lo que dificulta
el paso de la luz hacia la muestra.
Los análisis físico-químicos para este aceite crudo se
muestran en la Tabla Nº 8. Los resultados indican que
el aceite crudo posee un índice de acidez dentro de
los requerimientos establecidos por norma COVENIN
325:01. El índice de yodo determinado se encuentra
por debajo del requerimiento establecido indicando la
poca presencia de insaturaciones.
Determinación del perfil de ácidos grasos del
aceite crudo y refinado
En la Tabla Nº 10 se puede apreciar el perfil de ácidos
grasos, uno de los aspectos más resaltantes es que el
ácido laúrico se encuentra en mayor proporción(muy
común también en los aceites de palmiste y coco
quienes a su vez son productos de palma) seguido del
ácido mirístico, en general se pudo apreciar que el
porcentaje de grasas saturadas alcanza un 90,34%.
De igual forma el perfil de ácidos grasos corrobora el
bajo contenido de yodo presente en el aceite ya que
los niveles de ácido linoleico y oleico totalizan un 9,67%
de grasas insaturadas.
Tabla Nº 10. Perfil de ácidos grasos para el
aceite crudo de la semilla de la variedad
amarilla de pijiguao
Durante la etapa de decoloración o blanqueo se obtuvo
una pérdida del (19,65±0,01)%, y se realizaron
nuevamente los análisis fisicoquímicos a fin de
comprobar la eficiencia de esta etapa. Los resultados
se muestran en la Tabla Nº 9.
Tabla Nº 9. Propiedades fisicoquímicas del
aceite refinado de la semilla de la variedad
amarilla de pijiguao
Tabla Nº 8. Propiedades fisicoquímicas del
aceite crudo de la semilla de la variedad
amarilla de pijiguao
Fuente: Cargill de Venezuela
Luego de la etapa de blanqueo se logró disminuir el
índice de peróxidos en aceite refinado, pero aún este
se encuentra fuera de norma, es necesario destacar
que como los peróxidos se degradan, el método está
limitado a las primeras etapas de la oxidación cuando
éstos alcanzan una concentración máxima; por esto,
Ingeniería y Sociedad UC. Vol. 7, No. 2 91
P. 87-94 2012
es probable que una grasa demasiado oxidada tenga
un índice bajo, a pesar de que el olor sea característico
de reacciones muy avanzadas (Badui, 1997). Se logró
mejorar la densidad relativa del aceite pero el índice
de refracción aún se mantiene fuera de rango.
92
Un aspecto resaltante que se puede comentar es que
el alto porcentaje de ácido láurico es tecnológicamente
favorable, ya que los ácidos grasos saturados son
resistentes a la oxidación y al ser utilizado este aceite
en formulaciones cosméticas disminuiría notablemente
la posibilidad de rancidez oxidativa del producto final;
por lo tanto se puede decir que debido a la presencia
predominante de este ácido graso, el aceite de pijiguao
podría emplearse en el área cosmética y farmacéutica
como un sustituto industrial, por ejemplo, de los
aceites de coco y palmiste (Marcano, Belén, Jiménez
y Pino, 2004), así como también en la elaboración de
productos como galletas, coberturas cremosas,
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Ortiz, P. Jean C.
glaseados y productos análogos al cacao (Carreto,
Cuerdo, Dinienzo y Di Vito, 2002).
la acidez. 3ra revisión. Norma N° 325-2001.
Fondonorma. Caracas, Venezuela.
CONCLUSIONES
Comisión Venezolana de Normas Industriales COVENIN
(2001). Aceites y grasas vegetales. Determinación de
la densidad relativa a t/20ºC. 3ª revisión. Norma
N° 703-2001. Fondonorma. Caracas, Venezuela.
La caracterización de las semillas permitió conocer
que poseen un contenido graso, fibra y proteínas, así
como también se evidenció que la variedad amarilla
posee mayor porcentaje de materia seca con respecto
a la variedad roja, adicionalmente bajo las mejores
condiciones de operación de 5 gramos de semilla seca,
0,850 mm de grado de molienda y 6h de extracción
se obtiene el mejor rendimiento para esta variedad.
La caracterización del aceite crudo y refinado para la
variedad amarilla permitió comparar los resultados
con los requerimientos establecidos en la norma
COVENIN para aceites y grasas vegetales, donde se
pudo observar que los índices de acidez y
saponificación se encuentran dentro de norma, lo que
propicia su estudio para la elaboración de jabones.
El perfil de ácidos grasos permitió conocer que el
aceite de pijiguao posee más de un 90% de grasas
saturadas, predominando el ácido laúrico. El uso
potencial de este aceite ha dirigido a la industria
cosmética y alimentaria.
AGRADECIMIENTOS
El autor agradece a las siguientes instituciones que
colaboraron con la elaboración de esta investigación:
Estación Experimental Samán Mocho; Laboratorios de
Alimentos y de Orgánica de la Facultad de Ingeniería
de la Universidad de Carabobo y Departamento de
Calidad de la Empresa Cargill de Venezuela.
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Comisión Venezolana de Normas Industriales COVENIN
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Fecha de recepción: 19 de febrero de 2012
Fecha de aceptación: 9 de abril de 2012
Comisión Venezolana de Normas Industriales COVENIN
(1996). Determinación de la grasa libre. Norma
N° 3218-1996. Fondonorma. Caracas, Venezuela.
Ingeniería y Sociedad UC. Vol. 7, No. 2 93
P. 87-94 2012
94
Evaluación Comparativa del Rendimiento del Proceso de Extracción y Caracterización ....
Ortiz, P. Jean C.