Deodorización de Aceites y Grasas

El proceso de deodorización es la etapa final normal del proceso de refinación de los aceites y grasas comestibles. La deodorización remueve el material que le confiere al aceite el olor característico de su origen; remueve los ácidos grasos libres (AGL), además de remover otros componentes menores para entregar finalmente un aceite sin olor y con largo tiempo de vida de anaquel.

Lo que se busca en la deodorización son dos grandes objetivos:
Maximizar:

La remoción de olores y sabores del aceite.
La remoción de los ácidos grasos
libres
La reducción del calor (por el blanqueo por calentamiento)
La
destrucción de los peróxidos.

Minimizar

Las pérdidas de los ácidos grasos esenciales (EPA/DHA)
La creación de
isómeros trans
La polimerización de los aceites
La desnaturalización de
vitaminas

Con estos dos objetivos logrados, el aceite debe tener una calidad sensorial, además de su contenido nutricional excelente, que le permita permanecer en anaquel un año. La costumbre de los productores de aceites y grasas, en El Salvador, es declarar una fecha de vencimiento de seis meses después de la fecha de producción.

El proceso de deorización puede ser realizado en forma batch (por lotes), semicontinua y continua, pero las tres formas de deodorización tienen las mismas etapas: deareación del aceite, calentamiento del aceite, vapor de arrastre o deodorización, recuperación del calor o enfriamiento, enfriamiento final y filtrado (a través de lo que se llama filtro pulidor).

La etapa en la que se le introduce el vapor de arrastre o deodorización es la más importante y más delicada. El equipo debe tener un vacío de 2 – 5 mm de Hg absoluto, una temperatura de 230 – 250ºC: el vapor de arrastre debe estar entre 0.5 – 2% del aceite procesado; el tiempo de residencia varía entre 20 y 40 minutos.

Cuando se habla del vapor de arrastre se hace referencia al vapor vivo que se introduce a la masa de aceite en la etapa de mayor calentamiento. El vapor de arrastre es utilizado para que éste “arrastre” en su paso a los ácidos grasos libres (AGL), a los componentes odoríficos, a los componentes menores, como los tocoferoles; en esta etapa también se arrastran contaminantes como pesticidas, PCB, dioxinas, entre otras (es claro que el fabricante no permitirá que el aceite crudo tenga esos contaminantes).

Con la temperatura de deodorización también puede existir degradación hidrolítica y termolítica, pudiendo haber isomerización cis/trans. Además, puede haber polimerización e interesterificación del aceite. Estos problemas se evitan con un control adecuado de la temperatura de deodorización.

El proceso de deodorización se ejecuta en varias etapas:
- deareación del aceite: en esta etapa se remueve el aire atrapado en el seno del aceite; de otra forma, en la etapa de calentamiento puede oxidarse.
- Calentamiento: se lleva a cabo recuperando el calor del producto saliendo y el calentamiento del aceite con vapor.
- Deodorización: es la etapa en la que se introduce vapor de arrastre en alto vacío.
- Enfriamiento.
En la figura se puede observar un diagrama de un deodorizador semicontinuo, con undos termosifones, que es la etapa de recuperación del calor al que se le somete el aceite. Las configuraciones de los recuperadores de calor dependen del tipo de deodorizador utilizado. Por ejemplo, en los continuos, el recuperador es un intercambiador de calor que recibe el producto terminado (caliente) y permite el intercambio de calor con el aceite entrando. El mismo tipo de recuperador puede utilizarse en el equipo por lotes.


El vacío de operación del deodorizador se realiza por medio de vapor. El equipo utilizado se muestra también en la figura. Estos sistemas de producción de vacío, muy eficacez, deben diseñarse de acuerdo a la carga que deberán procesar.

Existen nuevos desarrollos de equipos de deodorización, por lo que el proceso que aquí se presenta es un ejemplo de uno de los procesos que se llevan a cabo en una refinería de aceite.

Blanqueo o Clarificación de Aceites.

Ya se ha descrito el proceso de Neutralización de los Aceites, que tenía como objetivo la remoción de los Ácidos Grasos Libres del aceite y de otros compuestos menores que podrían proporcionar al aceite sensaciones no agradables a los consumidores.

La mayoría de los aceites tienen colores que se originan en carotenoides y otros productos, como la clorofila, que le confieren el color. En algunos sitios el color no es una cualidad que se rechace; se dice que en Malasia el aceite de palma se consume con su color rojizo natural. Otros aceites, como el de Oliva, el color es bastante claro, de tal forma que no vale la pena someterlo al proceso de blanqueado. El aceite de Algodón tiene un color rojo que va entre los 10 y 14 Rojo de la escala Lovibond(1); otros aceites tienen colores menores a los 2.0 en la escala Lovibond.

Es interesante recordar la historia del aceite de algodón que se producía a partir de la década de los cincuenta, en el siglo pasado, en El Salvador, producto del cultivo de algodón (cerca de los 150,000 manzanas). El aceite tenía un color alto, Rojo 10, Lovibond. Se vendía en un envase de vidrio de 1 galón. En la década de los 80 el cultivo del algodón se vino abajo, por varios motivos, entre ellos, la guerra civil. Comenzó a venir aceite de algodón de los Estados Unidos y de Argentina. Además, vinieron otros tipos de aceites, como el de soya, el de girasol y otros. Estos aceites tenían un color mucho más bajo, incluyendo los aceites de algodón importados. Hubo un rechazo del aceite, la gente decía que estaba siendo adulterado con agua (hay que estar claro que aceite y agua son inmiscibles, pero el consumidor no entiende de estos fenómenos al momento de comprar). Se tuvo que agregar beta caroteno para subir el rojo a los nuevos aceites e ir, poco a poco, bajando el color, hasta lograr un color menor a 2.0 rojo, en la escala mencionada.
El responsable de blanquear un aceite es el proceso conocido como Clarificación o Blanqueo de Aceites. En resumen, es un proceso en el que al aceite se calienta y se le agrega un medio adsorbente, como tierras diatomáceas o carbón activado, el cual remueve los pigmentos y otros elementos menores, como trazas metálicas que pueda llevar.

Descripción del Proceso

A continuación se describe un proceso típico de blanqueo de un aceite, tomando como base una planta blanqueadora de 12 toneladas por hora. Un diagrama simplificado puede verse en la figura adjunta.

El aceite refinado químicamente entra a la planta desde un tanque o desde el proceso de neutralización. En este último caso, el aceite puede venir sin haber sido secado.

a. Calentamiento
El aceite entra en un intercambiador de dos etapas. En la primera etapa, el aceite entrando recupera el calor del aceite que viene saliendo del proceso. Obviamente, en los primeros minutos de operación no hay tal recuperación de calor pues no hay aceite saliendo. Luego, pasa a un calentador de vapor, que eleva la temperatura del aceite hasta los 95ºC. Es de notar que este calentamiento es el único existente en todo el proceso, puesto que, según la planta en descripción, todos los equipos están térmicamente aislados.

b. Secado
Una vez caliente, el aceite pasa hasta un pequeño tanque secador que opera con un vacío producido por eyectores de vapor. El aceite entra al secador a través de un rociador colocado en la parte superior del secador. Esto facilita que el agua pueda evaporarse y extraerse por el equipo.
El objetivo de secar el aceite es poder controlar la humedad de operación de blanqueado, puesto que en los pasos siguientes se le incorpora nuevamente agua y una solución de ácido cítrico en agua. De no controlarse el agua, ésta puede lixiviar los metales de la tierra diatomácea, produciendo un aceite que puede degradarse fácilmente.

c. Ácido Cítrico y Agua
Una vez secado el aceite se le incorpora una solución de ácido cítrico y agua, mezclándose en un mezclador en línea. La incorporación se realiza con bombas de desplazamiento positivo, garantizando que la pequeña cantidad de ácido cítrico se pueda incorporar en el flujo de aceite (0.35% -0.5% p/p del aceite).

d. Tierra Diatomácea
El aceite pasa luego a un tanque con agitación, al cual se le está agregando el adsorbente, normalmente entre el 3% y 5%. En este tanque comienza el proceso de adsorción, que es completado en el paso siguiente.

e. Adsorción

El aceite pasa a un tanque cerrado, con un vacío producido con bombas de vacío, a una presión absoluta de 200 mm de Hg. En este tanque el aceite permanece por un tiempo de 20 minutos, en contacto íntimo con el adsorbente.

f. Filtración

Para garantizar que la planta opere continuamente y teniendo en cuenta de que el filtro prensa debe limpiarse una vez se ha llenado de tierra, se diseñó un tanque que alimenta al filtro y tiene una capacidad que le permite almacenar un promedio de media hora de producción sin estar enviando aceite al filtro, que estaría siendo limpiado.

La limpieza del filtro es hecha en forma manual. Es decir, el operador abre los marcos y bate las lonas para que la tierra gastada caiga a una tolva de recepción. Luego, cierra el filtro y la operación de filtrado continúa. Esta operación no debe tardar menos de media hora.

Tras la filtración, el aceite pasa a través de un sensor de turbidez, que envía el producto al tanque de alimentación (Holding Tank) si el aceite tiene se encuentra fuera de las especificaciones de turbidez mínima. En caso contrario, el aceite pasa por un filtro pulidor, que retiene las partículas más finas que logran pasar el filtro prensa.

Por último, el aceite sale de la planta, al tanque de almacenamiento de aceite clarificado, pasando a través del recuperador de calor, intercambiando su calor con el aceite entrando a la planta.

1. En la industria de aceites comestibles por lo general se trabaja con la escala Lovibond. Se usan diferentes tamaños de celdas (1 1/4“, 25 1/4“) y se mide en unidades de color amarillo y rojo (también se dispone de unidades azules y blancas, pero su aplicación es menos frecuente). Los aceites decolorados o desodorizados deberían mostrar valores de entre 0.5 y 2.0 unidades rojas y 10 a 20 unidades amarillas en celda Lovibond de 5 1/4”, esto es, tener un color amarillo puro. En la mayoría de los casos, el color de los aceites crudos ofrece poca información.

Refinación de Aceites

El objetivo de la refinación de los aceites y grasas es la remoción de los componentes indeseables de éstos para el consumidor. Cuando hablamos de “indeseables” nos estamos refiriendo a aquellos componentes que le dan características sensoriales que no son del agrado de algunos consumidores. En algunos casos, sin embargo, estas características son percibidas como naturales o agradables.

Los componentes usuales que se remueven pueden ser:

• ácidos grasos libres (AGL),
• gomas (fosfolípidos),
• peróxidos, iones metálicos,
• pigmentos, y
• otros componentes menores.

Además, la refinación debe buscar la preservación de las vitaminas y elementos antioxidantes que contienen los productos.

Las operaciones de refinación deben garantizar la menor pérdida de aceite y proteger al aceite de su degradación.

La Refinación de Aceites es el nombre genérico a las operaciones de desgomado, neutralización, blanqueo o clarificación y deodorización a la que se somete el aceite para lograr un aceite envasado, listo para su uso por los diferentes consumidores.

Para comenzar con la revisión de la refinación de aceites comenzaré con una breve descripción de lo que es la neutralización química.

Neutralización.

Conocemos que los ácidos grasos son triglicéridos, compuestos de glicerol con ácidos grasos. Los ácidos grasos libres, en cambio, se definen como ácidos grasos que tienen un grupo ácido pero que no están unidos a un alcohol.

En el proceso de neutralización química se pretende neutralizar la terminal ácida de la molécula del ácido graso libre con un reactivo alcalino fuerte. Hay dos formas de hacerlo, una de ellas, por lotes, y, la otra, en forma continua.

Los procesos batch se tienen en Plantas que operan en pequeña escala, siendo estas instalaciones de un menor costo de capital, sin embargo, la operación se hace más dependiente del operador, las pérdidas son mayores y la calidad obtenida es inferior. Por kilogramo de aceite producido, los costos, por lo general, son mayores que los realizados en plantas continuas. Además, por las mismas características del proceso, el trabajo manual tiene un grado de dificultad mayor que en las plantas continuas: pesar el lote, abrir y cerrar válvulas, determinar el tiempo preciso de parada del proceso (determinado por la calidad del producto), descarga del tanque, etc.

En plantas continuas, que se utilizan para producciones mayores, se dispone, a la entrada de ellas, de un estanque de alimentación diaria, desde donde se provee el aceite crudo a un intercambiador de calor de placas, para llevarlo a las condiciones de proceso, el cual es de 90 - 95ºC.

A continuación el aceite es tratado con ácido fosfórico para su Desgomación - eliminación de fosfátidos no hidratables - y luego con soda cáustica para su Neutralización. En esta etapa se trata de transformar los fosfolípidos no hidratables a su forma hidratable, quebrando el complejo metal/fosfátido con el ácido fuerte. Tanto la Desgomación, como la Neutralización, se llevan a cabo en mezcladores continuos especialmente diseñados para tener tiempos de residencia adecuados. En algunas plantas refinadores el tiempo de residencia, o de mezcla, se realiza pasando la mezcla a través de tuberías (con el cálculo preciso para proporcionar el tiempo necesario de mezcla), o bien, calculando el tiempo de residencia de la mezcla en pequeños tanques de mezcla.

El producto de reacción de estas etapas - el jabón o soapstock - junto al aceite, es conducido a una centrífuga, para su separación.

Después de esta etapa, el aceite aun lleva jabón en suspensión, el que es removido por lavados con agua blanda caliente, la que a su vez, con los residuos de jabón, es separada del aceite por medio de otra centrífuga. Se puede hacer un segundo lavado del aceite con una tercera centrífuga.

Finalmente el aceite es conducido a una torre de secado. Con todos estos procesos se han reducido fuertemente del aceite, los ácidos grasos libres, las gomas, la humedad, jabones, compuestos azufrados, de oxidación, metales, etc.

Una variante de este último paso es pasar directamente el producto al siguiente proceso, el de clarificación o blanqueo, sin secarlo previamente, puesto que en el proceso se terminará de secar. Pero para realizar dicha variante hay que considerar la eficacia de controlar la humedad del aceite antes de las mezclas con el decolorante.

En la figura que se presenta arriba se puede ver el diagrama simplificado. Una planta de neutralización consta de una cantidad de equipos para el proceso y su control. De hecho se tienen bombas de alimentación, controladores de flujo, controladores de temperatura - asociados al intercambiador de calor-, controladores de mezcla y una serie de equipos que permitan controlar eficazmente el proceso.

Un aceite neutralizado debe tener un máximo de 500 p.p.m de jabón, una humedad menor a 0.1% (la humedad en el aceite puede degradarlo, si éste permanece mucho tiempo sin continuar el proceso).

Datos adicionales al proceso

La concentración del ácido fosfórico que se utiliza es del 75 al 85%. En término promedio, se adicionan de 1 a 3 kilogramos por cada 1000 kilogramos de aceite.

Con relación a la soda caústica, se usa en una concentración de 12 a 14ºBe, en un exceso de hasta el 40%, con base a la relación estequiométrica con los ácidos grasos libres que neutralizará, y al ácido fosfórico agregado anteriormente. De esta forma se puede plantear que se tendrán 0.1420,142 kg NaOH (100%) por kg AGL + 0,816 kg NaOH (100%) por kg H3PO4 (100%).

Un aceite neutralizado típico, como ya se ha dicho anteriormente, debe tener las siguientes características:

• Acidez libre: <0.1%
  
• - Fosfolipidos: < 10 ppm
  
• – Jabón: < 50 ppm
  
• – Humedad: < 0,1 %
  
• – Impurezas: no

Para calcular las pérdidas se considera la pérdida teórica (TL):

• TL = AGL + fosfolípidos+ humedad + impurezas + 0,3%

Pérdidas por neutralización:

• TL < 3 %: Pérdida = 1,25 x TL + 0,3
• TL> 3 %: Pérdida = 1,35 TL