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ALTERNATIVAS TECNOLÓGICAS SUSTENTÁVEIS NO PROCESSAMENTO DE ÓLEOS VEGETAIS AULA 1

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Processo de extração de óleos vegetais da amazônia - Material repassado pelo químico industrial Alexandre T. Moraes (Belem-Pa)

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Page 1: Aula1a Introducao

• ALTERNATIVAS TECNOLÓGICAS SUSTENTÁVEIS NO

PROCESSAMENTO DE ÓLEOS VEGETAIS

AULA 1

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Programa do Curso• 1- Introdução: A indústrialização de óleos vegetais (10/03)• 2 - Oleaginosas e seus usos: alimentos, cosméticos, fármacos e energia

(17/03)• 3a- Caracterização química de óleos : ácidos graxos e estabilidade

(24/03)• 3b-Impactos ambientais: extração de óleos (24/03)• 4 - Alternativas sustentáveis para extração de óleos e gorduras: polpas e

sementes • 5a - Impactos ambientais: refino de óleos vgetais (07/04)• 5b - Alternativas sustentáveis para refino de óleos e gorduras (07/04)• 6 - Seminários (28/04)• 7 -Tecnologia de membranas para refino de óleos e gorduras (05/05)• 8 - Extração sólido-líquido: teoria e resultados de equilíbrio (12/05)• 9 - Modelagem – extração sólido-líquido (19/05)• 10- Prova (26/05)

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INTRODUÇÃOA indústria de óleos vegetais ocupa um lugar estratégico no contexto da

indústria alimentícia:  elabora um produto para consumo final e é um insumo fundamental para a

indústria de alimentos. Óleos, farelos e seus derivados são alimentos usados na alimentação humana por conterem proteínas de baixo custo e boa qualidade.

  o mercado mundial de oleaginosas representa cerca de 36% do valor total gerado pelo comércio dos produtos agropecuários. A demanda por oleaginosas é determinada basicamente pela procura por produtos processados.

    há uma maior relevância dos óleos vegetais, em relação aos grãos, em termos de valor agregado pela importância no mercado mundial. Segundo o Departamento de Agricultura dos Estados Unidos, em 2004 a produção de óleos vegetais foi da ordem de 100 milhões de toneladas.

   os óleos vegetais mais consumidos são: soja, palma, colza (canola), girassol, amendoim, algodão e coco. Além desses, vale destacar os óleos de milho, oliva, gergelim, arroz e uva.

Page 4: Aula1a Introducao

INTRODUÇÃOO Brasil ocupa a posição de maior produtor e consumidor da América

Latina. A história dos óleos vegetais no Brasil foi marcada por épocas distintas:

• Na fase pioneira dos anos 50 predominou o óleo de algodão.• Óleo neutro com propriedades adequadas para industrialização.

• Desvantagem a presença do gossipol.

• No início da década de 60 predominou o uso do óleo de amendoim• Óleo de aroma agradável.

• Desvantagem: aflotoxina

• A partir de 1972 surgiu a cultura da soja inaugurando uma nova fase que iria marcar definitivamente a evolução dos agronegócios em oleaginosas.

• Em 2004 o Brasil produziu cerca de 63 milhões de tonelada de soja. A maior parte é direcionada para a industrialização do óleo.

Page 5: Aula1a Introducao

Produção mundial (em milhões de toneladas

Óleo 2000 2006 (estimada)

Soja (3% ao ano) 24,5 28.39

Palma (4% ao ano) 21,7 26.41

Canola (5% ao ano) 13,7 16.65

Outros (*) 27,0

*girassol, algodão, amendoim, palmiste, coco

Soja: demanda de proteína de baixo custo

Palma: demanda de óleo rico em antioxidantes naturais

Canola: marketing (elevado teor de insaturados-oléico)

Page 6: Aula1a Introducao

ÓLEOS VEGETAIS: DEFINIÇÃO

• Os azeites e óleos vegetais são constituídos predominantemente por ésteres de glicerol com 3 ácidos orgânicos chamados ácidos graxos: formando os triglicerídios.

• Os óleos são alimentos energéticos pois fornecem 9,5 kcal/g quando metabolizado no organismo humano enquanto os carboidratos e proteínas cerca de 4 kcal/g.

• São fontes de vitaminas e de ácido linoleico (essencial ao homem e não metabolizado no organismo humano).     

• Azeite: é o óleo vegetal que não é extraído por solventes químicos e não sofre o processo de refinação.

     Azeites virgens: são aqueles obtidos por prensagem a frio e não refinados.

     Óleos. Os óleos são, em geral, obtidos por prensagem, extração com solventes e posterior purificação e refino.

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QUALIDADEA qualidade e digestibilidade dos azeites e óleos vegetais

comestíveis é determinada pela qualidade e quantidade dos ácidos graxos insaturados e saturados que os compõem, sendo fundamental a presença do ácido linoléico em quantidades adequadas já que o organismo não pode sintetizá-lo.

As porcentagens de ácidos graxos saturados e insaturados contidos nos óleos vegetais são variáveis de acordo com as condições climáticas, os solos, como também as variedades ou os híbridos das quais foram obtidos.

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Ácidos graxos mais comuns nos óleos vegetais

Saturados Insaturados

        Láurico 12 C Palmitoleico 15C (I)

        Mirístico 14 C Oleico 18 C

(I)

        Palmítico 16 C Linoleico 18 C

(II)

        Márgarico 17 C Linolenico (18C) (III)

        Esteárico 18 C

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Substâncias menores encontradas nos óleos brutos

Fosfatídeos ou gomas: principais componentes não glicerídeos do óleo - lecitinas

Esteróis: álcoois cristalinos neutros de alto ponto de fusão – matéria insaponificável.

Ceras: alcoois monoídricos de longa cadeia de carbono conhecido como álcoois graxos

Pigmentos carotenóides: responsáveis pela coloração do óleo, amarelada tendendo para o vermelho. O mais importante é o beta-caroteno ou pró-vitamina A.

Antioxidantes: evita a oxidação do óleo (tocoferóis ou vitamina E). Em geral são eliminados na etapa de refino.

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Evolução dos métodos de extração

• Indústria caseira - milhares de anos A.C• Prensas hidráulicas - início do século XIX aumento

acentuado no rendimento de extração.• Prensa contínua - fim do século XIX. Em 1904

ANDERSON construiu o “expeller” que é até hoje utilizado para extrair óleos vegetais.

• Extração mista - prensagem da semente com “expeller” seguida por uma etapa de extração com solvente orgânico do óleo presente na torta.

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DADOS DA EXTRAÇÃOO solvente mais usado na indústria é hexano, um derivado do

petróleo, que possibilita a extração da quase totalidade do óleo deixando um resíduo desengordurado denominado farelo. A recuperação do solvente é a etapa mais crucial no processamento de óleo comestível devido aos problemas de segurança, ambientais e econômicos. Resultados alcançados:

Dados da extração com HEXANO

        Óleo residual na torta : 1 a 2 %

        Perda de solvente total 1 a 1,3 %

        Consumo de vapor 170 kg/ton

        Consumo de energia elétrica 18 a 20 kwh/ton

Page 12: Aula1a Introducao

INDUSTRIALIZAÇÃO

• Pré-limpeza e classificação das sementes• Decorticação: retirada de fibras usando rolos ou discos

estriados girando em sentidos opostos com velocidades diferentes ou despeliculamento: por atrito, ou por impacto

• Separação das amêndoas: usando peneiras vibratórias para eliminação das cascas

• Moagem (moinho de facas ou martelos) e laminação (rolos aquecidos a 60oC) ou Extrusão (expander): facilita a penetração do solvente na célula

• Cozimento

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INDUSTRIALIZAÇÃO

• Prensagem a frio ou a quente: extração mecânica para obtenção do óleo bruto

• Filtração: para remover tecidos vegetais e água

• Extração com solvente: O processo contínuo com fluxo contra-corrente cruzado é o mais utilizado pois aumenta o rendimento de extração

• Destilação da micela: separa o óleo do solvente

• Dessolventização do farelo: remove o solvente

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INDUSTRIALIZAÇÃOVantagens da extrusão se comparado com a laminação

• A densidade aumenta de 300 kg/m3 para 550 kg/m3 da massa laminada;

• a área de contato sólido líquido no extrator aumenta de 40 para 50 m2/m3), aumentando a taxa de percolação;

• aumenta a eficiência nos primeiros estágios da extração, aumentando a concentração de óleo na miscela;

• reduz em pelo menos 5% o consumo de solvente na saída do extrator e conseqüentemente menor consumo de vapor no dessolventizador;

Page 15: Aula1a Introducao

INDUSTRIALIZAÇÃO

Vantagens da extrusão se comparado com a laminação

• reduz a quantidade de solvente na torta;

• reduz o consumo de energia;

• aumenta a homogeneidade do produto;

• reduz a quantidade de sólidos extraídos, facilitando a filtração do óleo; promove um aumento na quantidade de fosfatídeos hidratáveis, facilitando a etapa de degomagem.

Page 16: Aula1a Introducao

INDUSTRIALIZAÇÃO• Cozimento: • Esta etapa tem por objetivos desnaturar as proteínas promovendo

a coalescência das gotículas de óleo; tornar as membranas celulares, que envolvem o óleo, mais permeáveis; diminuir a viscosidade e a tensão superficial do óleo facilitando sua remoção; inativar as enzimas naturais (peroxidases); destruir microrganismos e insolubilizar os fosfatídeos, que são emulsificantes naturais, facilitando o refino do óleo

• •         Prensagem a frio ou a quente

• A prensagem é geralmente efetuada em prensas contínuas do tipo expeller. Esta etapa é usada para remoção parcial do óleo. A torta que deixa a prensa é submetida ao processo de extração com solvente. O teor de óleo na torta pode ser cerca de 5%, no caso de pressões elevadas.

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SOLVENTE  HEXANO• O hexano tem ponto de ebulição entre 60 e 80oC. Uma parte

do óleo é removido por dissolução e outra parte por difusão do através da parede celular (etapa controladora do processo).

Este solvente apresenta as seguintes vantagens: • grande afinidade com o óleo dissovendo-o, • não interage com outras substâncias presentes no grão em

alta concentração (proteína, amido, carboidratos), • é imiscívem em água e • tem baixo calor latente de ebulição

Desvantagens: • alta inflamabilidade, alto custo e toxicidade

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RECUPERAÇÃO DO SOLVENTE•         Destilação da miscela Em geral a destilação é conduzida em um sistema de

evaporação de 3 estágios: a 85ºC, 90ºC e 95ºC, trabalhando sob vácuo de 250mmHg. Os aumentos nas temperaturas de destilação se deve ao fato que a miscela vai se tornando mais pobre em solvente. Após a destilação o óleo obtido passa por um secador para que tenha sua umidade reduzida a 0,8%, e em seguida segue para a refinaria.

O solvente evaporado na destilação segue para uma bateria de condensadores. Feita a condensação, o solvente sofre decantação para que se separe de possíveis impurezas (água) e em seguida é reaproveitado para novas extrações.

Page 19: Aula1a Introducao

RECUPERAÇÃO DO SOLVENTE•         Dessolventização do farelo

A torta saída do extrator, ainda umedecida pelo solvente, recebe o nome de farelo e têm menos de 2% de óleo,. O fareloé levado até um dessolventizador e tostador para que o solvente residual seja recuperado. Feito isso o farelo dessolventizado a uma temperatura de 90ºC é transportado até um resfriador que reduz essa temperatura para 10ºC acima da temperatura ambiente. O farelo dessolventizado e resfriado é encaminhado para o moinho onde sofrerá o balanceamento de proteínas.

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Dados do processo convencional

– Na extração por prensagem, a partir de oleaginosas ricas em lipídeos, se extrai cerca de 60% do óleo.

– A extração de óleo por solvente constitui uma operação unitária de transferência de massa por contato sólido-líquido.

– O sistema de extração opera em contra corrente, fazendo com que o solvente puro encontre a torta mais pobre em óleo e vice-versa.

– A temperatura ideal para extração fica em torno de 55-65ºC, abaixo de 55ºC não há absorção perfeita do óleo e acima de 60ºC ocorre evaporação do solvente.

– A concentração de miscela ( óleo+solvente ) que sai do extrator é de 30% de óleo aproximadamente.

– A concentração de solvente no farelo é da ordem de 2%

Page 21: Aula1a Introducao

REFINOA refinação tem por objetivo separar dos azeites brutos as

substâncias indesejáveis que possam afetar as propriedades organolépticas e a estabilidade do óleo :

pesticidas, gomas, ceras, resinas, ácidos graxos livres, peróxidos.

Entretanto alguns componentes importantes com propriedades anti-oxidantes, são também eliminados.

Degomagem: consiste na remoção das gomas (fosfatídeos), ceras e substâncias coloidais. Estas substâncias causam escurecimento do óleo na etapa de desodorização

Em geral a degomagem é feita por adição de 1 a 3% de água ao óleo aquecido a 70oC, sob agitação por ca. de 30 minutos. O precipitado é removido por centrifugação.

 

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REFINONeutralização: consiste na remoção dos ácidos graxos livres com NaOH.

• Nesta etapa remove-se fosfatídeos residuais (não hidratáveis) e corantes (clorofila, carotenóides).

• Os ácidos graxos livres reduzem o ponto de fumaça dos óleos, deixam o óleo sujeito a espumar.

• A neutralização requer uma agitação eficiente para promover o contato entre as fases.

• O óleo neutralizado é lavado com água quente para remoção de sabões e é submetido à centrifugação.

 

Page 23: Aula1a Introducao

REFINOBranqueamento:

Efetuado com terras clarificantes (terra diatomácea). Remove o excesso de pigmentos, corantes em geral, resíduos de sabões, fosfatídeos e metais. A terra branqueadora é adicionada ao óleo seco a 90oC sob vácuo. Após agitação, durante 30 minutos, o óleo é filtrado no filtro prensa.

 

Desodorização: Remoção de odores e sabores desagradáveis causados pelos peróxidos, ácidos graxos livres, pesticidas.A desodorização é efetuada por insuflação de vapor direto sob alto vácuo.

 

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REFINO

Winterização: (Centrifugação ou filtração a frio):

Remove cristais de estearinas, ceras, resinas. Comumente faz-se um resfriamento lento do óleo para formação de cristais.

O refino remove além de impurezas, indesejáveis para consumo humano, algumas substâncias com propriedades funcionais tais como: antioxidantes naturais e tocoferóis.

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REFINO FÍSICO

Os óleos com acidez acima de 10% (arroz, palma), não devem ser neutralizados com álcali, por razões econômicas, devido a uma perda de óleo neutro. Neste caso a desacidificação pode ser feita por destilação dos ácidos graxos livres.

Desacidificação: se baseia na diferença entre o ponto de ebulição dos ácidos graxos livres e dos triglicerídios. Os ácidos graxos livres tem ponto de ebulição de pelo menos 100oC mais baixo que o dos triglicerídios correspondentes.