Experimental design applied to the oil extraction of the corozo`s

Rev. Téc. Ing. Univ. Zulia. Vol. 36, Nº2, 29 - 39, 2013
Experimental design applied to the oil extraction of the corozo’s
kernel (Acrocomia aculeata)
América Arveláez, Alberto Mieres Pitre y Carlos Enrique Hernández
Escuela de Ingeniería Química, Facultad de Ingeniería, Universidad de Carabobo. Avenida
Bolívar 125-39. Valencia, Venezuela. Telefax: 58-241-8674828.
[email protected] , [email protected] , [email protected]
Abstract
The study centred on the application of an experimental design for the determination of the
most suitable conditions of extraction oil of the corozo’s kernel, to infer from the
physicochemical properties of the same one the possible uses. There were in use mature fruits
gathered in Boquerón, Carlos Arvelo municipality, Carabobo state, of which there were
obtained the kernels that surrendered to a process of conditioning and reduction of size. The
extraction oil was realized by two procedures, dragging by steam and extraction with n-hexane,
with the purpose of selecting the most suitable method and of applying an experimental design
32 studying the effect on the percentage of extraction oil of the time of extraction, size of
particle and the interaction of both. The physicochemical characterization it effect following the
limits described in the procedure COVENIN for this type of product. The extraction with nhexane threw major percentages of extracted oil, being the maximum 49.05%, when the size of
particle and time of extraction they were 0.65 mm and 5 hours respectively. The oil presented
56.6% of lauric acid, which indicates that it is similar to the oil of coconut and palmiste, being
able to be in use in diverse nourishing and industrial applications.
Key words:
Experimental design, extraction oil, kernel, corozo, Acrocomia.
Diseño experimental aplicado a la extracción de aceite de la
almendra del corozo (Acrocomia aculeata)
Resumen
El estudio se centró en la aplicación de un diseño experimental para la determinación de las
condiciones más idoneas de extracción del aceite de la almendra del corozo, para inferir a
partir de las propiedades fisicoquímicas del mismo los posibles usos. Se utilizaron frutos
maduros recolectados en Boquerón, municipio Carlos Arvelo, estado Carabobo, del cual fueron
obtenidas las almendras que se sometieron a un proceso de acondicionamiento y reducción de
tamaño. La extracción de aceite se realizó por dos procedimientos, arrastre con vapor y
extracción con n-hexano, con la finalidad de seleccionar el método más adecuado y aplicar un
diseño experimental 32 estudiando el efecto sobre el porcentaje de extracción de aceite del
tiempo de extracción, tamaño de partícula y la interacción de ambos. La caracterización
fisicoquímica se efectuó siguiendo los lineamientos descritos en las normas COVENIN para este
tipo de producto. La extracción con n-hexano arrojó mayores porcentajes de aceite extraído,
siendo el máximo 49,05%, cuando el tamaño de partícula y tiempo de extracción fueron
0,65mm y 5 horas respectivamente. El aceite presentó 56,6% de ácido láurico, lo que indica
que es similar al aceite de coco y palmiste, pudiendo utilizarse en diversas aplicaciones
alimenticias e industriales.
Palabras clave:
Diseño experimental, extracción de aceite, almendra, corozo, Acrocomia.
Introducción
La especie Acrocomia comprende dos especies que están distribuidas desde México hasta
Paraguay. El corozo posee muchos nombres y características según la zona de la que provenga
la fruta. Pertenece a la especie Acrocomia, que significa en vocablos griegos: Akros: extremidad
o fin, y Kome: follaje o cabellera. La palma corozo venezolana (Acrocomia aculeata) posee un
tallo espinoso, largo y aéreo de 4 a 16 metros de alto y de 10 a 35 centímetros de diámetro,
cubierto con espinas fuertes y largas, hasta de 6 centímetros de largo [1]. Se conoce por
estudios preliminares, que la densidad de plantación puede oscilar de 150 a 200 árboles por
hectárea. El rendimiento por planta puede variar de dos a diez racimos por año, encontrándose
en los mismos de 600 a 900 frutos, los cuales son de forma esférica y con dimensiones
aproximadas de 28-49 mm por 26-49 mm. Generalmente hay una semilla por fruto, algunas
veces dos y eventualmente 3 semillas por fruto [2].
Datos reportados en el boletín estadístico por la Asociación de Cultivadores de la Palma
Africana en Venezuela [3], en el país, las grasas y aceites son parte integral de la alimentación
de la población, sin embargo, un poco más del 80% de este rubro es importado, ya sea para el
consumo directo o para la elaboración de derivados grasos alimenticios como la mayonesa y la
margarina. El mercado venezolano es el segundo en importancia dentro de los países de la
Comunidad Andina de Naciones (CAN), con un consumo anual de 530 mil toneladas de aceites
y grasas (20 kg por persona al año, aproximadamente), la cual debe importar de otros países de
la región para poder suplir la demanda [4].
Ante este panorama, en Venezuela se han venido realizando de forma aislada algunas
investigaciones sobre el uso potencial de los frutos de algunas palmas autóctonas, de
diferentes regiones del país, como posibles fuentes de alimentos. En este sentido, se ha
evaluado fisicoquímicamente el aceite crudo extraído con n-hexano de la almendra del fruto del
corozo (Acrocomia aculeata), el cual fue recolectado en “El Chaparro” estado Anzoátegui,
determinando a través del perfil de ácidos grasos, su uso potencial en la industria aceitera [5].
También se ha extraído y caracterizado el aceite de la almendra de frutos como la coroba
(Jessenia polycarpa Karst) [6] y endospermo del fruto de la palma yagua (Attalea cryptanher)
[7], dada la necesidad de explorar nuevas fuentes no tradicionales de producción de aceite. En
este sentido, el objetivo de este estudio fue determinar las condiciones de extracción más
adecuados aplicando un diseño experimental, así como también evaluar la calidad del aceite
obtenido a partir de la almendra del corozo (Acrocomia aculeata) mediante su caracterización
fisicoquímica, infiriendo a partir de éstas los posibles usos industriales o alimenticios.
Parte Experimental
Recolección de las muestras y acondicionamiento
Los frutos de la palma fueron recolectados en la región de Boquerón, estado Carabobo, en los
meses comprendidos entre enero y marzo. De un total aproximado de 100 palmas se
recolectaron 25 frutos maduros por cada palma, los cuales fueron colocados y mezclados
aleatoriamente en sacos limpios y libre de humedad, para su transporte y traslados hasta el
laboratorio de Alimentos de la Escuela de Ingeniería Química de la Universidad de Carabobo.
Una vez obtenida la materia prima para el análisis, la misma se sometió a un secado ambiental
por 5 días, a condiciones de temperatura y humedad relativa de 25°C y 60% respectivamente.
Este tratamiento se realizó con la finalidad de lograr eliminar con mayor facilidad el epicarpo y
mesocarpo del fruto y por tanto extraer la almendra rápidamente y en forma adecuada.
Realizado el secado, se fracturó el epicarpo con la ayuda de un martillo, separándolo del fruto.
El resto de los elementos se sometieron a una segunda extracción mecánica para facilitar la
extracción manual de la almendra, las cuales se almacenaron en recipientes limpios, en un
ambiente refrigerado [8]. La reducción de tamaño de la almendra se realizó, haciéndola pasar
por un molino mecánico marca Quaker City Mill, modelo 4-E, de tiempo continuo y 86 rpm,
obteniendo diferentes tamaños de partículas ajustando la abertura de los platos reductores.
Análisis proximal de la almendra del corozo
La caracterización proximal se desarrolló por los métodos recomendados por la normativa
COVENIN, haciendo los análisis por triplicado. La Tabla 1, presenta los ensayos realizados y
las normas usadas en los mismos.
Extracción del aceite crudo de la almendra del corozo
La extracción del aceite se realizó por dos procedimientos, arrastre con vapor y extracción con
n-hexano. La primera técnica consistió en poner la muestra de almendra en contacto con vapor
de agua, en una relación masa de almendra, masa de agua de 1:2, destilando posteriormente y
realizando una separación de las fases formadas (acuosa y orgánica). La fase orgánica se secó y
se evaporó el solvente usado, quedando el aceite crudo. La extracción con n-hexano se realizó
de acuerdo a la norma COVENIN 3218-1996 [12], utilizando un equipo soxhlet a nivel de
laboratorio. Finalmente, se seleccionó el mejor método de extracción en función de los mayores
rendimientos obtenidos.
Determinación de las condiciones más adecuadas para la extracción del aceite crudo
En función de los rendimientos obtenidos preliminarmente con las técnicas evaluadas, se
seleccionó la extracción con n-hexano para el estudio experimental de la determinación de las
condiciones más idóneas de obtención del aceite crudo de la almendra del corozo. Se seleccionó
como variable respuesta el porcentaje de aceite extraído (rendimiento de la extracción), ya que
permite cuantificar la eficiencia del proceso. Las variables independientes que se utilizaron
fueron el tamaño de partícula y el tiempo de extracción. La primera de las variables se
seleccionó por medio de una batería de tamices (S.U. Standard Sieve Series-A.S.T.M.
Specifications), usando tres tamices, con aberturas de 0,65; 1,18 y 1,65 mm. Los tiempos de
extracción seleccionados fueron 3, 4, y 5 horas [13], dejando constante la masa de almendra, la
cual fue de 5,00 gramos.
El tipo de diseño experimental seleccionado fue el diseño factorial, ya que permitió observar la
influencia de cada una de las variables en el proceso y la interacción entre ellas. Se realizó una
réplica por experimento para estimar errores y corroborar datos, los cuales son más precisos si
se expresa como la media de dos valores. El análisis de los resultados obtenidos de las pruebas
experimentales se efectúo mediante la ejecución del programa estadístico MINITAB 13.2, el
cual permitió hacer el análisis de varianza correspondiente.
Caracterización fisicoquímica del aceite crudo de la almendra del corozo
Los ensayos fueron realizados por triplicado y siguiendo los lineamientos de las normas
COVENIN, cuya descripción se muestra en la Tabla 2.
Resultados y Discusión
Análisis proximal de la almendra del corozo
En la Tabla 3 presenta los resultados del análisis proximal, donde se aprecia el alto contenido
de aceite y proteínas presentes en la almendra. La grasa cruda y el valor de cenizas resultaron
similares al encontrado en los estudios realizados en la almendra del corozo proveniente del
estado Portuguesa y al del coquito del fruto de la palma africana [8, 21].
La humedad de la almendra del corozo es baja y favorable para la obtención del aceite. La
humedad es una variable muy importante en la composición de toda muestra y especialmente
si de la misma se extraerá aceite. Por otra parte, se menciona que cada semilla tiene un óptimo
de humedad, que debe ser conocido si se pretenden obtener buenos resultados en la
extracción, pero que valores alrededor de 9% son buenos para la mayoría de las oleaginosas.
Una humedad por encima de 9% representa disminución de la efectividad de la extracción
debido a la formación de emulsiones entre el agua y la grasa, en la superficie de las partículas,
lo que impide que el solvente extractor penetre las fibras de la almendra y solubilice al aceite
[22].
Con respecto al contenido de proteínas, la almendra de corozo que se evaluó cuyos frutos
provienen de Boquerón, municipio Carlos Arvelo del estado Carabobo, presentó un porcentaje
similar al determinado para la almendra del mismo fruto proveniente del estado Anzoátegui [5];
pero menor que el valor encontrado para la almendra del corozo del estado Portuguesa, el cual
fue de 17,23% [8]. Estas diferencias son atribuibles a los periodos de recolección del fruto y a
las condiciones ambientales donde se desarrollaron las palmas, ya que presentan condiciones
climáticas diferentes.
Otros estudios relacionados con almendras de frutos como la coroba (palma autóctona
venezolana) y palma africana, indican que sus valores de proteínas son de 9,10% y 9,14%
respectivamente [6, 21], reflejando un menor contenido con respecto al corozo evaluado.
De acuerdo al nivel de carbohidratos y proteínas encontrados para la almendra, la misma
puede ser aprovechada como alternativa para la elaboración de alimentos concentrados, bien
sea, para el consumo animal o humano, sustituyendo a las harinas de coco y palmiste (coquito
del fruto de la palma africana) actualmente utilizadas en la fabricación de estos productos
[23].
Selección del método de extracción de aceite
Los rendimientos obtenidos tras la aplicación de las técnicas de extracción de aceite fueron de
1,03% y 42,90% para la extracción con arrastre con vapor y con solvente respectivamente. Esta
diferencia se debe a que se da un mejor proceso difusional del aceite presente en la almendra
con el hexano, dado principalmente por la afinidad química que ambos presentan [22].
Diseño experimental aplicado
En la Tabla 4 se observan los porcentajes de aceite extraído para los diferentes tiempos y
tamaños de partículas seleccionados en el diseño de experimento.
Mediante el programa estadístico MINITAB se obtuvo el análisis de varianza cuyos resultados
se muestran en Tabla 5. Se observan los grados de libertad (DF); la suma de los cuadrados
(SS); media de los cuadrados (MS), factor de Fischer (F) y nivel de significancia (P) para los
factores estudiados: tamaño de partícula (A), tiempo de extracción (B) y la interacción de
ambos (A*B). Los factores analizados de forma individual, así como la interacción de éstos,
afectan significativamente (P<0,005) el porcentaje de aceite extraído, obteniéndose un
rendimiento máximo de 49,05% (promedio de las mediciones), con un tiempo de 5 horas y un
tamaño de partícula de 0,65 mm.
Las investigaciones sobre el rendimiento de la extracción de aceite de la almendra del corozo
del estado Anzoátegui y coroba, arrojaron como resultados rendimientos de 53,13% y 54,50%
respectivamente [5, 6], lo que refleja mayores niveles de grasas en las almendras de estos
frutos con respecto al analizado en este estudio.
Caracterización fisicoquímica del aceite crudo de la almendra del corozo
Las propiedades fisicoquímicas del aceite de la almendra del corozo de frutos provenientes de
Boquerón, municipio Carlos Arvelo del estado Carabobo, se encuentran dentro de lo esperado
para este tipo de aceite [5-8], igualmente es comparable con los aceites de coco y palmiste [5,
8]. La Tabla 6 muestra los resultados de la evaluación de las propiedades fisicoquímicas del
aceite de la almendra del corozo; el valor obtenido de acidez libre, expresada como porcentaje
de ácido oleico, es superior al valor reportado en la norma COVENIN 2185-1999 [24], la cual
establece un máximo de 0,1% para el aceite refinado de coco; lo que indica que el fruto pudo
haber sufrido ataques de hongos u otros microorganismos que favorecieron la hidrólisis
enzimática y la formación de ácidos grasos libres (AGL). Esto sugiere que el aceite crudo
obtenido debe ser sometido a un proceso de refinación para reducir hasta niveles aceptables, el
contenido de los AGL [25]. El índice de peróxido, el cual es una medida del grado de rancidez
oxidativa, está por debajo del máximo estipulado por la norma, que establece un máximo de 5
meq O2/kg para un aceite refinado de coco [24].
El índice de saponificación es alto, 241,9 g KOH/kg., lo cual es un indicio de la longitud de la
cadena, esto lo hace muy apreciable para la fabricación de jabones. El índice de yodo, 16,50
cgI2/g es bajo, indicativo de que el aceite posee pocas insaturaciones en su composición, lo que
se confirmó con el perfil de ácidos grasos.
En la Tabla 7, se muestra el perfil de ácidos grasos del aceite de la almendra del corozo. Allí se
observa que los ácidos grasos predominantes son el láurico con 56,6%, seguido del mirístico
15,5%, y oleico 10,6%; composición muy semejantes a los aceites de coco y palmiste [5, 8, 21],
caracterizados por un contenido elevado en ácidos grasos saturados, lo cual los hace estables a
los diversos mecanismos oxidativos de deterioro, confiriéndoles propiedades importantes para
aplicaciones alimenticias, debido a que son de bajo peso molecular y bajo grado de
insaturación, por lo que constituyen valiosas grasas comestibles para ciertas finalidades.
En la actualidad los productos basados en aceite de palmiste, siendo éste también rico en
ácido láurico; se les usa en panaderías, elaboración e imitación de cremas, cremas vegetales,
emulsiones alimenticias, entre otros [26], pudiendo recomendarse al aceite de la almendra de
corozo como sustituto o complemento del aceite de palmiste, en los productos antes
señalados.
Con respecto al potencial nutricional de los aceites ricos en ácido láurico (C12:0), como el de la
almendra del corozo, se han realizado pruebas sobre la lipoproteína sérica en seres humanos y
su efecto en el colesterol, comparando el consumo de grasas sólidas ricas en ácido láurico y
grasas sólidas ricas en ácidos grasos trans. La investigación ha arrojado como resultado que el
consumo de grasas con alto contenido en ácido láurico, es más favorable sobre el colesterol
sérico total, que el consumo de grasas hidrogenadas ricas en ácidos grasos trans, como la
obtenida a partir del aceite de soya [27].
Conclusiones
La técnica de extracción con hexano, resultó ser mejor que la de arrastre con vapor, ya que se
obtiene mayor porcentaje de aceite extraído. El tiempo de extracción, tamaño de partícula y la
interacción de ambos, influyen significativamente en el porcentaje de aceite obtenido, para un
nivel de significación del 5%. La almendra contiene cantidades apreciables de proteínas y
carbohidratos, aspectos que realzan su valor nutricional como componente en la elaboración
de alimentos balanceados para consumo humano y animal. Las características fisicoquímicas y
perfil de ácidos grasos del aceite extraído son muy semejantes a las del aceite de la almendra
del corozo de los estados Anzoátegui y Portuguesa, igualmente similar al de coco y palmiste,
pudiendo sustituirlos en diversos productos industriales y alimenticios, donde éstos se usen.
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